釀酒酵母CK2的結構與功能研究.pdf

1、CK2是一種保守的蛋白激酶，它廣泛分布于真核生物中，通過磷酸化蛋白底物的絲氨酸/蘇氨酸/酪氨酸在很多生物學過程中發(fā)揮作用。CK2不同于其它蛋白激酶之處在于它具有組成型活性，并且既可以利用ATP又可以利用GTP作為磷?；w。CK2是一個多亞基復合物，它包括α-亞基（催化亞基）和β-亞基（調節(jié)亞基），前者包含蛋白激酶的催化結構域。
　　我們解析了重組scCK2α與不同核苷酸輔底物（GMPPNP，ATP和AMPPN）與金屬離子(Mg2

2、+或Mn2+)的晶體結構。scCK2α的整體結構和同源蛋白相似，包括兩個結構域及兩個結構域之間的輔底物結合位點。然而，scCK2α的晶體結構呈現(xiàn)出與其同源蛋白不同的三個特征。首先，scCK2α在序列上的獨特之處在于它包含了一段38個殘基的插入序列，功能目前尚不清楚。根據(jù)結構分析并結合之前的研究，我們推測它可能參與保持其活性中心的開放構象，同時它并不參與和兩個調節(jié)亞基的結合。其次，scCK2α中的兩對殘基Lys45-Glu53和Arg48

3、-Glu53的相互作用使得Lys50采取了一種特殊的構象，使其可以直接固定輔底物的γ-磷酸基團，這樣就使得“必需二價陽離子”顯得不那么必需。我們推斷scCK2α可能存在多種“核苷酸-二價陽離子”結合方式，這明顯不同于在活性中心有兩個二價陽離子結合的zmCK2α或hCK2α。最后，scCK2α-AMPPN結構中Glu53的構象變化破壞了它與Lys5和Arg48的結合，使得輔底物結合口袋變大。這種構象變化暗示了一個關于ADP/GDP釋放的路

4、徑，因為在CK2α中，催化三聯(lián)體由“DFG”變成了“DWG”，其中的Trp的NE1原子與Leu212的O原子形成氫鍵，這就使得由原來的“DFG翻轉”促成ADP的釋放變得不太可能。巧合的是，在輔底物結合部位我們觀察到了兩個殘基Arg161和Lys197捕捉到了兩個SO42-離子，對這兩個殘基進行突變，突變體結合和利用ATP/GTP的效率都大大降低，這與我們關于潛在的釋放路徑的推測相符。
　　雖然CK2各亞基間的親和力很高，但是目前的

5、研究表明CK2只是一個結合較強的瞬時復合物，各個亞基在細胞內也是獨立運動的。hCK2的全酶形式α2β2的晶體結構表明，兩個β-亞基形成一個同二聚體，兩個α-亞基各自結合在它的兩側形成一個“蝴蝶”形狀。我們的實驗表明，釀酒酵母CK2的四個亞基相互作用方式似乎與hCK2不同，而且核苷酸與催化亞基scCK2α的結合可能會調節(jié)它與β-亞基的結合。目前僅知道CK2β和CK2β對于組裝成全酶必不可少，也不可替代，但具體組裝方式還有待進一步的實驗驗證

6、。
　　CK2不僅能做為一個全酶存在并發(fā)揮功能，其亞基還可與其它蛋白質組裝成不同的復合物，只不過相比之下CK2亞基間的結合更強。當細胞被紫外線照射受損時，hFACT可以結合到hCK2上，改變后者的構象和底物特異性，使其在細胞內特異地磷酸化p53的Ser392，從而穩(wěn)定p53的四聚體結構以重啟基因轉錄或復制。在釀酒酵母中，有報道指出CK2可能是通過CHD1間接地與Spt16-Pob3結合，也有報道提到CK2可以和Spt16-Pob3

7、直接結合，但是并沒有給出直接的實驗證據(jù)。
　　FACT在轉錄和復制過程中都發(fā)揮了重要的作用，人源FACT(hFACT)包括Spt16和SSRP1兩個亞基，但是在釀酒酵母中FACT(yFACT)卻包含三個亞基:Spt16，Pob3，以及一個類HMG1蛋白——Nhp6A/Nhp6B。人源Spt16和酵母Spt16同源，具有相似的長度，Pob3缺少相對于SSRP1的C端部分，后者包含一個HMG1結構域。我們克隆并純化了scCK2的四個亞