理論研究RING催化的泛素化機(jī)制.pdf

1、蛋白質(zhì)的泛素化過程是翻譯后修飾，這一修飾作用通過影響被修飾蛋白的穩(wěn)定性、定位、功能等在很多細(xì)胞進(jìn)程，甚至器官的形成、組織的發(fā)育中都發(fā)揮著重要的作用，成為生命進(jìn)程中的的一個(gè)普遍調(diào)控機(jī)制。蛋白質(zhì)的泛素化過程是一個(gè)多步驟的級(jí)聯(lián)反應(yīng)過程，至少需要三種酶的參與：泛素激活酶 E1，泛素結(jié)合酶 E2和泛素連接酶 E3，它們激活并轉(zhuǎn)移泛素到靶蛋白內(nèi)部的賴氨酸殘基的ε-氨基上。
　　大部分的泛素化修飾由泛素連接酶 E3介導(dǎo)。泛素連接酶E3根據(jù)其結(jié)構(gòu)

2、域分為兩類，HECT結(jié)構(gòu)域家族和RING結(jié)構(gòu)域家族，并且兩者催化泛素轉(zhuǎn)移的過程不同。大多數(shù)E3s成員屬于RING結(jié)構(gòu)域家族。RING E3與E2~Ub共軛復(fù)合物的結(jié)合可以引起該共軛復(fù)合物發(fā)生構(gòu)象改變，活化硫酯鍵，為接下來的泛素轉(zhuǎn)移做足準(zhǔn)備，隨后活化的底物賴氨酸進(jìn)攻硫酯鍵，發(fā)生泛素轉(zhuǎn)移過程。但是到目前為止，底物賴氨酸的活化過程（去質(zhì)子化過程）和RING E3催化的泛素轉(zhuǎn)移機(jī)制仍然不清楚。
　　我們通過采用一種聯(lián)合計(jì)算方法，即分子模建

3、、分子動(dòng)力學(xué)（MD）和量子力學(xué)/分子力學(xué)（QM/MM）方法，詳細(xì)的闡述該催化機(jī)制。該催化過程包括底物和酶的結(jié)合、底物中進(jìn)攻賴氨酸的活化和泛素轉(zhuǎn)移過程，完成底物的泛素化。本研究中構(gòu)建的三維模型由泛素連接酶E3 RNF4的RING二聚體、泛素結(jié)合酶E2 UbcH5A，泛素Ub和底物 SUMO2組成。在酶與底物的結(jié)合模式中，底物和泛素轉(zhuǎn)移催化中心之間結(jié)合緊密。經(jīng)過 MD模擬發(fā)現(xiàn)，催化活性中心、酶與底物結(jié)合界面都形成了穩(wěn)定的氫鍵和疏水相互作用，

4、為后續(xù)的計(jì)算提供分子基礎(chǔ)。進(jìn)一步通過 QM/MM計(jì)算，通過構(gòu)建勢(shì)能面，揭示完整的反應(yīng)機(jī)理。首先底物中賴氨酸被泛素連接酶E2中的D117奪去質(zhì)子，發(fā)生去質(zhì)子化。被活化的賴氨酸的側(cè)鏈通過構(gòu)象變化靠近硫酯鍵催化中心，為后續(xù)的親核反應(yīng)做好準(zhǔn)備。泛素轉(zhuǎn)移過程中，首先是親核進(jìn)攻反應(yīng)，底物進(jìn)攻賴氨酸不斷靠近催化中心的硫酯鍵，形成氧負(fù)離子中間體；隨后發(fā)生親核離去反應(yīng)，泛素與E2之間的硫酯鍵斷裂，與底物形成異肽鍵，即底物被泛素泛素修飾。另外，在E2上的保