作者:王之康 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/12/2 20:03:01
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清华学者获哺乳动物线粒体研究重大突破

 

北京时间12月2日凌晨,国际学术期刊《细胞》(Cell)发表了清华大学杨茂君研究组题为《哺乳动物呼吸链超级复合物I1III2IV1结构》的研究论文,首次解析了猪心线粒体呼吸链超级复合物(呼吸体)原子分辨率(3.3-3.9Å)下的冷冻电镜结构。

这是杨茂君研究组继今年9月21日在国际学术期刊《自然》(Nature)上发表题为《哺乳动物呼吸体结构》的研究论文揭示呼吸体中等分辨率(5.4 Å)结构之后,在这一领域内快速取得的又一项高水平研究成果。

据了解,哺乳动物呼吸体是由44个膜蛋白在内的81个蛋白亚基(69种不同蛋白分子)构成的超大分子机器。杨茂君研究组通过不断优化呼吸体蛋白纯化与制样技术,创新电镜数据处理方法,筛选出能够促进呼吸体稳定的特异性小分子化合物,成功将呼吸体结构的分辨率提升至原子分辨率(3.3-4.0Å)级别,搭建了结构模型,并解析了目前为止分辨率最高的哺乳动物呼吸链复合物I的精细结构(3.3-3.6Å)。

在此基础上,杨茂君研究组提出了全新的电子传递机理,揭示了复合物I各亚基之间细致的相互作用,鉴定出了新的连接各单独复合物的蛋白亚基,发现了磷脂分子在呼吸体结构中发挥的重要作用。

据介绍,呼吸体是哺乳动物体内结构和功能最为复杂的超大膜蛋白分子机器之一,解析呼吸体高分辨率结构为人类深刻理解哺乳动物线粒体呼吸链的组成形式和工作机理提供了关键信息。人类线粒体呼吸链系统如果出现异常,则会导致如阿尔兹海默综合症、帕金森综合症、肌萎缩性脊髓侧索硬化症等多种疾病。杨茂君研究组筛选出的特异性小分子化合物,有助于促进超级复合物的形成,进而促进呼吸体稳定,这就为设计和改造以线粒体呼吸链为靶标的药物打下了坚实的基础,为攻克上述疾病提供了良好开端。

对线粒体呼吸链的结构生物学研究一直都是国际生命科学领域的热点之一。据了解,从1994年至今,呼吸链复合物IV、III、II和V各自的高分辨率结构依次获得解析。2005年,我国著名结构生物学家饶子和研究组解析了首个哺乳动物线粒体中复合物II的高分辨率晶体结构,阐明了复合物II中电子传递的机制、工作机理以及与疾病的关系。2012年,杨茂君研究组在《自然》(Nature)上发表研究论文,解析了II型NADH-泛醌氧化还原酶的高分辨率晶体结构。

 
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