PDZ結(jié)構(gòu)域配體結(jié)合特性的研究.pdf

1、在過(guò)去十年的研究中，發(fā)現(xiàn)許多蛋白質(zhì)相互作用是通過(guò)相互作用結(jié)構(gòu)域(如SH2，WW，SH3等)與其識(shí)別的另一個(gè)蛋白質(zhì)中一段短肽序列的結(jié)合完成的。深入研究結(jié)構(gòu)域的識(shí)別特性可以了解詳細(xì)的相互作用機(jī)制，也可以根據(jù)其識(shí)別特性在全蛋白質(zhì)組水平上發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)域所有的潛在相互作用蛋白。因此蛋白質(zhì)相互作用結(jié)構(gòu)域結(jié)合特性的研究是探討蛋白相互作用的一個(gè)有價(jià)值的研究角度。 PDZ結(jié)構(gòu)域是一種最常見(jiàn)的蛋白質(zhì)相互作用結(jié)構(gòu)域之一，廣泛地存在于各種生物體中，在蛋白質(zhì)

2、定位、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和蛋白復(fù)合體的組裝等方面發(fā)揮重要功能。PDZ結(jié)構(gòu)域的顯著特點(diǎn)是結(jié)合配體C-末端的4個(gè)氨基酸，根據(jù)結(jié)合配體C-末端氨基酸序列特點(diǎn)，可以將PDZ結(jié)構(gòu)域分為四類(lèi)，第一類(lèi)(Class Ⅰ)PDZ識(shí)別的多肽C-末端序列可以用通式表示為X[S/T]Xφ-COOH；第二類(lèi)(Class Ⅱ)表示為XφXφ-COOH；第三類(lèi)(ClassⅢ)為X[D/E/K/R]Xφ-COOH；第四類(lèi)(ClassⅣ)為XXC-COOH或Xφ[D/E]-COO

3、H(X表示任意氨基酸，φ表示疏水氨基酸)。但是已有研究發(fā)現(xiàn)PDZ結(jié)構(gòu)域可以結(jié)合更為廣泛的配體序列，有些配體序列特點(diǎn)不能用已有的四種分類(lèi)方法所解釋。 本研究選擇三個(gè)細(xì)胞極化功能相關(guān)蛋白質(zhì)的PDZ結(jié)構(gòu)域：ZO-1 PDZ1、veli3 PDZ及PAR3L PDZ1，用酵母雙雜交篩選隨機(jī)多肽庫(kù)的方法，闡明這些目的結(jié)構(gòu)域的配體結(jié)合特性，根據(jù)得到的配體結(jié)合特性結(jié)合生物信息學(xué)的方法在蛋白質(zhì)組規(guī)模上預(yù)測(cè)目的結(jié)構(gòu)域的相互作用蛋白。 三種

4、PDZ表現(xiàn)出不同的結(jié)合特性，配體C-末端保守的氨基酸序列通式可以分別表示為：[S/T/V/E][ψ/K/R/I][V/I/L/C]-COOH、[E/X][S/T]X[V/I/L]-COOH、[S/X][φ/K/H/E][φ/Q/E]φ-COOH(X表示任意氨基酸，ψ表示芳香族氨基酸，φ表示疏水性氨基酸)。ZO-1 PDZ1可以同時(shí)結(jié)合三類(lèi)配體，主要結(jié)合Ⅰ類(lèi)配體，與傳統(tǒng)分類(lèi)不同的是其結(jié)合配體-1位對(duì)芳香族氨基酸具有強(qiáng)烈的偏好性。Veli3

5、 PDZ結(jié)構(gòu)域同樣主要結(jié)合Ⅰ類(lèi)PDZ結(jié)構(gòu)域配體，但是在-3位，Veli3 PDZ配體強(qiáng)烈偏好谷氨酸(E)，在-5表現(xiàn)出對(duì)疏水性氨基酸的偏好。而PAR3L PDZ1結(jié)構(gòu)域同時(shí)具有Ⅱ類(lèi)及Ⅲ類(lèi)兩種傳統(tǒng)PDZ結(jié)構(gòu)域配體的特點(diǎn)，在配體的-1位，表現(xiàn)出對(duì)疏水性氨基酸的偏好。這些結(jié)果顯示出PDZ結(jié)構(gòu)域結(jié)合配體更為復(fù)雜的結(jié)合特性。這種結(jié)合配體特異性的差別，表現(xiàn)出它們?cè)跈C(jī)體結(jié)合不同的蛋白質(zhì)從而中行使不同的生物學(xué)功能。 隨后通過(guò)生物信息學(xué)的方法在各

6、種數(shù)據(jù)庫(kù)中找到與目的PDZ結(jié)構(gòu)域結(jié)合規(guī)律相符合的天然人類(lèi)蛋白質(zhì)。預(yù)測(cè)的相互作用蛋白質(zhì)中包括了大部分目的結(jié)構(gòu)域已有報(bào)道的相互作用蛋白，也包含了大量的功能相關(guān)的未曾發(fā)現(xiàn)的潛在配體，還有可能天然蛋白不存在的優(yōu)化的目的結(jié)構(gòu)域的結(jié)合多肽C-末端序列，如優(yōu)化的PAR3LPDZl的結(jié)構(gòu)域結(jié)合多肽序列SAW，可以作為阻斷結(jié)構(gòu)域與其配體結(jié)合的候選多肽。其中ZO-1 PDZl結(jié)構(gòu)域，根據(jù)蛋白質(zhì)的功能和細(xì)胞定位等性質(zhì)選擇11個(gè)預(yù)測(cè)配體用酵母雙雜交驗(yàn)證相互作用

7、。證實(shí)的相互作用配體有4個(gè)。而已有報(bào)道PAR3L的相互作用蛋白較少。我們的研究結(jié)果，為鑒定更多的目的結(jié)構(gòu)域的結(jié)合配體和探這些PDZ蛋白的生物學(xué)功能提供有價(jià)值的信息。 本研究還建立了目的PDZ結(jié)構(gòu)域篩選配體庫(kù)的方法，可以直接得到目的結(jié)構(gòu)域的結(jié)合特性和天然配體；也可以在特定位置得到更加精確的氨基酸偏好性。配體庫(kù)是由各種PDZ結(jié)構(gòu)域的結(jié)合配體、合成的PDZ結(jié)構(gòu)域潛在配體C-末端，以及PDZ結(jié)構(gòu)域本身組成的。通過(guò)ZO-1 PDZl篩選配

8、體庫(kù)，產(chǎn)生80個(gè)陰性配體，通過(guò)50個(gè)陽(yáng)性結(jié)果和80個(gè)陰性結(jié)果的比較表明，在-3位，可以是任何氨基酸，但不能是天冬氨酸(D)。本研究和將來(lái)研究得到的PDZ結(jié)合配體，都可以加到配體庫(kù)中，這個(gè)配體庫(kù)是進(jìn)一步研究PDZ結(jié)構(gòu)域結(jié)合特性的寶貴資源。 綜上所述，本研究結(jié)果豐富了已有的PDZ結(jié)構(gòu)域分類(lèi)；采用的篩選隨機(jī)多肽文庫(kù)和配體庫(kù)結(jié)合生物信息的研究策略，理論上可以找到現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)中所有可能與目的結(jié)構(gòu)域結(jié)合的潛在配體蛋白，特別是那些篩選cDNA文