DegP分子伴侣和蛋白酶双功能的单分子探测

广泛存在于生物体内的HtrA蛋白质家族是一类重要的热休克蛋白，同时具有分子伴侣和蛋白酶的双重功能，在生物体对蛋白质进行质量控制中起关键作用。人类的HtrA同源蛋白质与各种疾病如癌症、帕金森症、老年痴呆症都有关系。HtrA在大肠杆菌中被称作DegP，对于细菌外膜蛋白的生物合成和质量控制至关重要。我们拟以DegP为对象，采用单分子探测技术研究HtrA家族的分子伴侣和蛋白酶双重功能的分子机制。将单分子探测这一物理化学新方法引入相关研究，可以揭示出新的现象和规律，增进人们对生物体实现蛋白质的正确折叠、抵御外部胁迫环境、清除错误折叠的蛋白质的机理的了解，为人类认识相关疾病的发病机理和提出治疗对策提供科学依据。这是一个有相当难度的课题，但我们经过多年的探索与准备，已经具备了实现预定目标的研究基础，可以圆满完成任务。

广泛存在于生物体内的HtrA蛋白质家族是一类重要的热休克蛋白，同时具有分子伴侣和蛋白酶的双重功能，在生物体对蛋白质进行质量控制中起关键作用。HtrA在大肠杆菌中被称作DegP。前人发现，SurA、Skp与DegP一起在细菌的膜间质中对外膜蛋白(OMP)的生物生成的保护和质量控制起关键作用，但其机理不清楚。我们采用单分子探测技术研究了DegP的分子伴侣和蛋白酶双重功能的分子机制，及与SurA、Skp的协同机制，得到如下成果：在与OMP结合时，Skp和SurA在动力学上比DegP有优势，而DegP在热力学上比Skp和SurA有优势，从而在保护OMP时，形成从Skp和SurA到DegP的传输关系。Skp和SurA结合OMP后对其折叠状态进行处理，再与DegP结合，使得DegP无法对OMP有效行使蛋白酶功能。反之，没有经过Skp和SurA处理的OMP处于错误折叠状态，其与DegP结合后，DegP行使蛋白酶功能，将错误折叠的OMP降解。在得到上述全局图像后，我们从Skp开始更为深入地研究相关蛋白质之间相互作用的详细动力学机理。我们对Skp和OMP的不同位点进行突变和荧光标记，观察它们之间相互作用的动力学，发现：三聚体形态的Skp通过其触须端将OMP吞入其空腔内，并且发现首先进入Skp的是OMP的N端。Skp将OMP吸入的动力来自于疏水环境增强的两个蛋白质之间离子键的不断产生和断开。我们还同时开展了蛋白质折叠、核酸修饰的动力学机理研究，并发展和完善荧光相关光谱技术。项目期间共发表学术论文17篇，培养博士5名，组织全国学术会议1次。圆满完成项目预定的目标。