蛋白质二硫键异构酶去折叠霍乱毒素CT分子机制的核磁共振研究

Cholera toxin (CT) produced by the bacterium Vibrio cholera is an AB5 protein toxin that causes diarrhea in human. In the endoplasmic reticulum (ER), the catalytic A1 subunit (CTA1) dissociation from the rest of the toxin is the key step for CT pathology. Protein-disulfide isomerase (PDI) is essential for the CTA1 dissociation from CT, but the mechanism is largely unknown. By using the nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, we aim to investigate the interaction between PDI and CTA1 to unravel the detailed conformational transition of CTA1 with the aid of PDI. Furthermore, the function of each domain of PDI in CTA1 disassembly and unfolding will also be studied. Through this project, we will explore the molecular mechanism of CTA1 unfolding by PDI, which is of importance for understanding the pathophysiology of cholera.

霍乱弧菌分泌的霍乱毒素（Cholera toxin，CT）是引起霍乱的主要因素。CT全毒素由CTAB5组成， 活性亚基CTA1从CT毒素分离并去折叠被认为是CT致病过程的关键步骤。蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase,PDI）是存在于细胞内质网中的一种多功能蛋白质，研究发现PDI对CTA1的分离与去折叠至关重要，然而该过程发生的分子机制目前尚不清楚。本项目中，我们将采用NMR方法研究PDI去折叠CTA1的分子机制。具体包括1.研究PDI与CTA1的相互作用，鉴定相互作用界面；2.研究CTA1去折叠过程中的构象变化；3.探索多功能蛋白PDI在CTA1去折叠过程中的功能。研究结果将阐明PDI与CTA1的相互作用及CTA1的构象变化，揭示PDI去折叠CTA1的分子机制，有助于了解CT致病机理，为疾病防治及药物开发提供可靠的理论依据。

霍乱毒素A亚基（CTA）在蛋白质二硫键异构酶(PDI)的作用下去折叠是霍乱毒素发挥毒性的一个关键步骤，但分子机制不明确。本项目主要采用核磁共振波谱方法研究PDI对CTA的去折叠分子机理。. 在项目执行期间，我们建立了高效的霍乱全毒素蛋白表达及组装体系，得到具有生物活性的霍乱毒素蛋白样品并成功获得了高质量的CTA核磁谱图和信号归属。PDI的分子量为57 kDa，利用核磁共振波谱方法研究这样分子量较大的蛋白质具有较大的挑战，我们尝试通过“分而治之”的策略成功对PDI主链信号进行了归属，为分子机理研究奠定了基础。进一步的研究发现PDI与不同的底物蛋白结合时都采取基本相同的结合模式，结合位置主要位于其 b’结构域上的疏水口袋。同时我们也研究了PDI抑制剂小分子Rutin与PDI 结构域 b’xa’的相互作用位点及复合物的结构模型，为后续开发并设计PDI相关药物提供实验参考。霍乱毒素高效表达与组装方法已获得专利授权，PDI信号归属已发表，分子机理工作大部分已完成，相关论文在整理中。