丁建平研究组揭示人源NAD依赖型异柠檬酸脱氢酶的b和g亚基具有不同的生物学功能

文章来源:  |  发布时间:2017-02-10  |  【打印】 【关闭

  

131,国际学术期刊Scientific Reports在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心/上海生物化学与细胞生物学研究所分子生物学国家重点实验室、国家蛋白质科学中心(上海)丁建平研究组的最新研究成果:“The b and g subunits play distinct functional roles in the a2bg heterotetramer of human NAD-dependent isocitrate dehydrogenase”。该研究工作揭示了人NAD赖型异柠檬酸脱氢酶(NAD-IDH)的bg亚基在全酶中行使不同的生物学功能。 

IDH是一类广泛存在于生物体中的酶家族,该酶NADPNAD为辅酶催化异柠檬酸isocitrateICT氧化脱羧生成a-酮戊二酸。真核生物具有NADPNAD依赖型的两种IDH,其中NADP-IDH存在于细胞浆、线粒体和过氧化物酶体中,被发现主要在细胞抗氧化损伤、活性氧自由基的解毒以及脂肪和胆固醇合成中起重要作用;而NAD-IDH存在于线粒体内,被认为是三羧酸循环的限速酶。 

丁建平研究组长期从事真核生物异柠檬酸脱氢酶的结构和功能研究,先后测定了人胞浆NADP-IDH酵母线粒体NADP-IDH与辅酶、底物、金属离子和产物等复合物的晶体结构,并开展了生化和功能研究,揭示了NADP-IDH发挥生物学功能及其导致疾病发生的分子基础。哺乳动物NAD-IDH是由abg三种亚基以2:1:1的比例组装而成,其中a亚基是催化亚基,参与底物、辅因子、金属离子的结合,而bg亚基被认为是调节亚基,可能具有结合调节因子的能力。前期他人研究工作发现,哺乳动物NAD-IDH可以受到柠檬酸CITADP等因子的别构调节,从而改变自身对底物异柠檬酸ICT的亲和力,但不影响最大反应速率。ab亚基或者ag亚基可以形成基本的结构单元、并分别具有一定的活力,abag异元二聚体组装成八聚体全酶发挥功能,但是bg两种调节亚基在结构和功能上的差异,以及它们进行别构调节的机制还不清楚。 

丁建平研究组的助理研究员马腾飞等人系统地研究了人源NAD-IDH全酶以及abag异元二聚体受调节因子激活前后的酶学性质。生化数据表明,abag异元二聚体均具有催化活力,但是表现出不同的酶学性质。ag异元二聚体体现出与全酶相似的酶动力学参数,可以受到CITADP别构调节,并且可以受到低浓度ATP的激活及高浓度ATP的抑制。与之不同,ab异元二聚体不能被CITADP别构调节,并且只能受到ATP的抑制。通过突变体的实验研究人员还发现,在受调节因子激活前后,abag异元二聚体对全酶酶活力的贡献是相当的,并且都可以通过g亚基而非b亚基受到CITADP别构调节。这些研究结果首次阐明了bg调节亚基在功能上的差异,即人源NAD-IDH全酶中g亚基发挥调节功能,而b亚基主要在全酶组装中发挥结构功能。 

该项研究工作得到了国家自然科学基金委、国家科技部和中国科学院的经费支持。