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pdz结构域的结构特点及其识别特异性配体的机制

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中国生物化学与分子生物学报 2011年第12期27卷 1107-1112页

作者：李华林葵吴更上海交通大学生命科学技术学院微生物代谢国家重点实验室上海200240

pdz结构域作为介导蛋白质之间相互作用的重要结构域之一,参与到细胞内运输、离子通道、以及各种信号传导通路等多种生物学过程.pdz结构域是由80～100个氨基酸组成的小的球状结构域,对某些多pdz结构域蛋白来说,需要一前一后形成串联体才... 详细信息

pdz结构域作为介导蛋白质之间相互作用的重要结构域之一,参与到细胞内运输、离子通道、以及各种信号传导通路等多种生物学过程.pdz结构域是由80～100个氨基酸组成的小的球状结构域,对某些多pdz结构域蛋白来说,需要一前一后形成串联体才能正确折叠.另外,pdz结构域相互之间也可以形成同源或异源二聚体.这些pdz结构域的突出特点是能特异性地识别配体靶蛋白C末端短的氨基酸序列,但有些也能识别靶蛋白的内部β发夹结构.而一些支架蛋白的pdz结构域与细胞膜上脂类的相互作用则增加了其与膜的亲和性.本文简要概括了pdz结构域的结构特点及其对配体的各种特异性识别的机制,从而为研究各种pdz蛋白的功能提供了结构基础.

关键词： pdz结构域 pdz-pdz二聚体配体内部序列

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pdz结构域介导的PIP脂质信号转导

生命科学 2011年第11期23卷 1095-1100页

作者：冯巍张明杰中国科学院生物物理研究所生物大分子国家重点实验室北京100101 香港科技大学生命科学部分子神经生物学国家重点实验室中国香港

pdz结构域是调控蛋白质/蛋白质相互作用的一类重要结构域,能特异结合蛋白质C末端一段有规律的氨基酸序列。含有pdz结构域的支架蛋白能够组装成超大的蛋白质复合体来调控细胞内的信号转导通路。最新研究表明,pdz结构域还能与PIP脂质直接... 详细信息

pdz结构域是调控蛋白质/蛋白质相互作用的一类重要结构域,能特异结合蛋白质C末端一段有规律的氨基酸序列。含有pdz结构域的支架蛋白能够组装成超大的蛋白质复合体来调控细胞内的信号转导通路。最新研究表明,pdz结构域还能与PIP脂质直接相互作用,从而参与调控PIP脂质信号通路。将综合最新研究进展,阐明pdz结构域与PIP脂质的作用方式,以及对相关PIP脂质信号转导的调控过程。

关键词： pdz结构域 PIP脂质信号转导

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pdz结构域配体结合特性的研究

PDZ结构域配体结合特性的研究

作者：田瑞中国协和医科大学

学位级别：硕士

在过去十年的研究中，发现许多蛋白质相互作用是通过相互作用结构域(如SH2，WW，SH3等)与其识别的另一个蛋白质中一段短肽序列的结合完成的。深入研究结构域的识别特性可以了解详细的相互作用机制，也可以根据其识别特性在全蛋白质组水... 详细信息

在过去十年的研究中，发现许多蛋白质相互作用是通过相互作用结构域(如SH2，WW，SH3等)与其识别的另一个蛋白质中一段短肽序列的结合完成的。深入研究结构域的识别特性可以了解详细的相互作用机制，也可以根据其识别特性在全蛋白质组水平上发现结构域所有的潜在相互作用蛋白。因此蛋白质相互作用结构域结合特性的研究是探讨蛋白相互作用的一个有价值的研究角度。 pdz结构域是一种最常见的蛋白质相互作用结构域之一，广泛地存在于各种生物体中，在蛋白质定位、信号转导和蛋白复合体的组装等方面发挥重要功能。pdz结构域的显著特点是结合配体C-末端的4个氨基酸，根据结合配体C-末端氨基酸序列特点，可以将pdz结构域分为四类，第一类(ClassⅠ)pdz识别的多肽C-末端序列可以用通式表示为X[S／T]XΦ-COOH：第二类(ClassⅡ)表示为XΦXΦ-COOH;第三类(ClassⅢ)为X[D／E／K／R]XΦ-COOH;第四类(ClassⅣ)为XXC-COOH或XΦ[D／E]-COOH(X表示任意氨基酸，Φ表示疏水氨基酸)。但是已有研究发现pdz结构域可以结合更为广泛的配体序列，有些配体序列特点不能用已有的四种分类方法所解释。本研究选择三个细胞极化功能相关蛋白质的pdz结构域：ZO-1 pdz1、Veli3 pdz及PAR3L pdz1，用酵母双杂交筛选随机多肽库的方法，阐明这些目的结构域的配体结合特性，根据得到的配体结合特性结合生物信息学的方法在蛋白质组规模上预测目的结构域的相互作用蛋白。三种pdz表现出不同的结合特性，配体C-末端保守的氨基酸序列通式可以分别表示为：[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)。Z0-1 pdz1可以同时结合三类配体，主要结合Ⅰ类配体，与传统分类不同的是其结合配体-1位对芳香族氨基酸具有强烈的偏好性。Veli3 pdz结构域同样主要结合Ⅰ类pdz结构域配体，但是在-3位，Veli3 pdz配体强烈偏好谷氨酸(E)，在-5表现出对疏水性氨基酸的偏好。而PAR3L pdz1结构域同时具有Ⅱ类及Ⅲ类两种传统pdz结构域配体的特点，在配体的-1位，表现出对疏水性氨基酸的偏好。这些结果显示出pdz结构域结合配体更为复杂的结合特性。这种结合配体特异性的差别，表现出它们在机体结合不同的蛋白质从而中行使不同的生物学功能。随后通过生物信息学的方法在各种数据库中找到与目的pdz结构域结合规律相符合的天然人类蛋白质。预测的相互作用蛋白质中包括了大部分目的结构域已有报道的相互作用蛋白，也包含了大量的功能相关的未曾发现的潜在配体，还有可能天然蛋白不存在的优化的目的结构域的结合多肽C-末端序列，如优化的PAR3L pdz1的结构域结合多肽序列SAW，可以作为阻断结构域与其配体结合的候选多肽。其中Z0-1pdz1结构域，根据蛋白质的功能和细胞定位等性质选择11个预测配体用酵母双杂交验证相互作用。证实的相互作用配体有4个。而已有报道PAR3L的相互作用蛋白较少。我们的研究结果，为鉴定更多的目的结构域的结合配体和探这些pdz蛋白的生物学功能提供有价值的信息。本研究还建立了目的pdz结构域筛选配体库的方法，可以直接得到目的结构域的结合特性和天然配体;也可以在特定位置得到更加精确的氨基酸偏好性。配体库是由各种pdz结构域的结合配体、合成的pdz结构域潜在配体C-末端，以及pdz结构域本身组成的。通过Z0-1 pdz1筛选配体库，产生80个阴性配体，通过50个阳性结果和80个阴性结果的比较表明，在-3位，可以是任何氨基酸，但不能是天冬氨酸(D)。本研究和将来研究得到的pdz结合配体，都可以加到配体库中，这个配体库是进一步研究pdz结构域结合特性的宝贵资源。综上所述，本研究结果丰富了已有的pdz结构域分类;采用的筛选随机多肽文库和配体库结合生物信息的研究策略，理论上可以找到现有数据库中所有可能与目的结构域结合的潜在配体蛋白，特别是那些筛选cDNA文库不容易获得的低丰度配体，是研究蛋白质相互作用的有效工具。

关键词：蛋白质相互作用 pdz结构域酵母双杂交生物信息学

PICK1蛋白83位点氨基酸对pdz结构域的影响

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浙江大学学报（医学版） 2012年第2期41卷 153-158页

作者：冯永乔木卢宇婷蒋亚建王娜朱丽君浙江大学医学院神经科学研究所浙江杭州310058

目的:研究PICK1(protein interacting with C kinase 1)蛋白pdz结构域内83位点赖氨酸(K83)对PICK1和AMPA受体GluR2亚单位相互作用的影响。方法:利用计算机对PICK1 pdz结构域和GluR2 C末端4个氨基酸残基进行对接模拟,然后将K83进行虚拟... 详细信息

目的:研究PICK1(protein interacting with C kinase 1)蛋白pdz结构域内83位点赖氨酸(K83)对PICK1和AMPA受体GluR2亚单位相互作用的影响。方法:利用计算机对PICK1 pdz结构域和GluR2 C末端4个氨基酸残基进行对接模拟,然后将K83进行虚拟点突变,计算并观察突变后结构和键能的改变。利用实验室已有的野生型全长PICK1 cDNA质粒为模板,构建点突变质粒,与野生型GluR2共转到HEK293T细胞,观察两者在细胞内定位和分布的改变。结果:当野生型PICK1与GluR2共转染时,HEK293T细胞有大量PICK1和GluR2共定位的集簇(cluster)。当我们把构建的PICK1突变体与GluR2共转染时,不同的突变体表现出不一样的改变。结论:改变K83位点的氨基酸结构,很可能会改变PICK1 pdz结构域与GluR2 C末端结合所形成的疏水、氢键、静电相互作用,使得pdz结构域与GluR2 C末端的结合能力发生不同程度的改变。

关键词：蛋白激酶C 蛋白质构象蛋白质类/化学受体,谷氨酸/代谢计算机模拟 PICK1 pdz结构域 GluR2亚基定点突变

验证性筛选pdz结构域结合配体文库快速研究HtrA2/Omi pdz结构域的结合特性

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中国科学（C辑） 2007年第1期37卷 107-116页

作者：马素参宋婀莉高诗娟田瑞高友鹤中国医学科学院基础医学研究所中国协和医科大学基础医学院医学分子生物学国家重点实验室蛋白质组学研究中心病理生理学系北京100005

HtrA2/Omi是一种线粒体丝氨酸蛋白酶,在哺乳动物细胞中具有双重功能,即诱导细胞凋亡和参与维持线粒体活性的动态平衡.pdz结构域是最重要的蛋白质相互作用结构域之一,参与多种生物学过程,如细胞信号转导、蛋白质降解、细胞骨架组织等.最... 详细信息

HtrA2/Omi是一种线粒体丝氨酸蛋白酶,在哺乳动物细胞中具有双重功能,即诱导细胞凋亡和参与维持线粒体活性的动态平衡.pdz结构域是最重要的蛋白质相互作用结构域之一,参与多种生物学过程,如细胞信号转导、蛋白质降解、细胞骨架组织等.最近研究发现,HtrA2/Omi蛋白的pdz结构域与配体的相互作用,可以调节HtrA2/Omi蛋白自身的水解酶活性.以HtrA2/Omi pdz结构域为研究对象,用酵母双杂交系统验证性筛选pdz结构域结合配体文库,快速研究该结构域的结合特性,并在人类全蛋白质组范围内预测并发现该结构域新的相互作用蛋白,最后分析这些新的相互作用所能够形成的最小相互作用网络来评估其可信度.研究结果揭示了HtrA2/Omi pdz结构域新的结合特性,即:不仅能够结合已报道的II类pdz配体而且还可以结合I类和III类pdz配体,并且配体-3位氨基酸具有一定范围内的可变性.而且,发现了7个新的HtrA2/Omi pdz结构域相互作用蛋白,为进一步阐明HtrA2/Omi蛋白的生物学功能提供了重要线索.同时证明了验证性筛选目的结构域结合配体文库,这一结构域结合特性研究新策略的实用性和高效性.

关键词： HtrA2/Omi pdz结构域结构域结合特性验证性筛选蛋白质相互作用生物信息学

PDLIM2蛋白pdz结构域的结晶和X-射线衍射初步分析(英文)

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南开大学学报（自然科学版） 2010年第6期43卷 29-34页

作者：李博李鑫南开大学生命科学学院蛋白学天津重点实验室天津300071

PDLIM2(Mystioue/SLIM)蛋白是辅肌动蛋白关联的LIM蛋白(ALP)超家族的成员之一,它在N末端含有一个pdz结构域,在C末端含有一个LIM结构域.研究表明PDLIM2作为一个泛素E3连接酶,能够以核P65,STAT(信号转换器和转录触发器)类蛋白为目标使其... 详细信息

PDLIM2(Mystioue/SLIM)蛋白是辅肌动蛋白关联的LIM蛋白(ALP)超家族的成员之一,它在N末端含有一个pdz结构域,在C末端含有一个LIM结构域.研究表明PDLIM2作为一个泛素E3连接酶,能够以核P65,STAT(信号转换器和转录触发器)类蛋白为目标使其被蛋白酶体降解;还能促使Tax原癌蛋白被多聚泛素化.PDLIM2的pdz结构域(PDLIM2-pdz)被报道为一个蛋白-蛋白相互识别的功能模块,与蛋白复合物的装配有关.然而,时至今日PDLIM2的pdz结构域的天然结构还没有被发布.PDLIM2的pdz结构域(82氢基酸残基)得到了表达,纯化,并用座滴气相扩散法进行了结晶.在室内光源中收集到了0.173 nm的X-射线衍射数据.晶体的空间群为P2_12_12_1,晶胞参数a=3.8202 nm,b=5.0911 nm,c=7.7775 nm,α=β=γ=90°.马修斯常数值为2.14×10^(-3)nm^3Da^(-1),一个不对称单位两个分子,溶剂含量42.57%.

关键词： pdz结构域结晶 X-射线衍射

PICK1中N端酸性区域对其pdz结构域脂质结合能力的调节

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中国生物化学与分子生物学报 2012年第10期28卷 940-945页

作者：杨廷贾原肖虹石亚伟教育部化学生物学与分子工程重点实验室山西大学生物技术研究所太原030006 山西医学科学院生物治疗科中心实验室太原030006 山西医科大学第一医院病理科太原030001

蛋白激酶Cα相互作用蛋白1(protein interacting with Cαkinase 1,PICK1)是衔接膜上受体和蛋白激酶Cα的重要蛋白.利用荧光光谱结合定点突变技术、蛋白与脂质覆盖法等方法,分析了PICK1蛋白N末端区域几个酸性氨基酸残基对pdz结构域与膜... 详细信息

蛋白激酶Cα相互作用蛋白1(protein interacting with Cαkinase 1,PICK1)是衔接膜上受体和蛋白激酶Cα的重要蛋白.利用荧光光谱结合定点突变技术、蛋白与脂质覆盖法等方法,分析了PICK1蛋白N末端区域几个酸性氨基酸残基对pdz结构域与膜脂结合的影响,以及钙离子结合N末端酸性区域对pdz脂结合能力的调节.结果显示,带有上游酸性区域的pdz结构域(Npdz)的脂质结合能力仅相当pdz结构域的15%,相比单独的pdz结构域与脂质的解离常数Kd(pdz)为1.58×103μg.L-1,Npdz与脂质解离常数Kd(Npdz)为3.3×104μg.L-1,其中在N末端酸性残基中D8与D12两个天冬氨酸是影响脂质结合能力减弱的关键残基,若将二者分别突变为丙氨酸后,Npdz与脂质的解离常数分别为:Kd(D8/A)=4.42×103μg.L-1;Kd(D12/A)=1.73×103μg.L-1接近于pdz结构域与脂质结合能力;钙离子会增强Npdz脂结合能力,当钙离子浓度达到30μmol/L时,Npdz的脂结合能力提高2.3倍,但只相当于pdz的50%的结合能力.

关键词： pdz结构域 N端酸性区域脂质体荧光光谱 Ca2+

通过筛选随机多肽文库研究Veli3 pdz结构域配体结合特性

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基础医学与临床 2009年第1期29卷 14-18页

作者：田瑞马素参杨涛高友鹤中国医学科学院中国协和医科大学基础医学研究所生理与病理生理系北京100005

目的研究Veli3 pdz结构域配体的结合特性。方法用Veil3 pdz为诱饵蛋白,用酵母双杂交方法筛选随机多肽文库。结合生物信息学方法在各种数据库中检索与Veli3 pdz识别规律相符合的天然人类蛋白质。然后根据蛋白质的功能和细胞定位等性质选... 详细信息

目的研究Veli3 pdz结构域配体的结合特性。方法用Veil3 pdz为诱饵蛋白,用酵母双杂交方法筛选随机多肽文库。结合生物信息学方法在各种数据库中检索与Veli3 pdz识别规律相符合的天然人类蛋白质。然后根据蛋白质的功能和细胞定位等性质选择14个潜在新配体用酵母双杂交验证相互作用。文献检索与Veli3 pdz配体结合的其他pdz蛋白。结果Veli3 pdz结构域配体C-末端保守的氨基酸序列通式可以表示为:[E/X][S/T]X[V/I/L]-COOH(X表示任意氨基酸)。这是ClassⅠpdz结构域配体的特点。用酵母双杂交实验证实14个生物信息方法预测的潜在配体中有6个配体与Veli3相互作用。另一个pdz蛋白PSD-95与已报道的Veli3 pdz配体和本研究新发现的潜在配体有多个相互作用。结论新发现的6个Veli3pdz潜在配体为进一步研究Veli3的生物学功能提供新的线索。另外Veli3与PSD-95可能易于同时竞争结合同一配体,其生物学意义还有待进一步研究。

关键词：蛋白质相互作用 pdz结构域酵母双杂交生物信息学

PICK1蛋白pdz结构域内K83位点对PICK1与GluR2相互作用的影响

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PICK1蛋白PDZ结构域内K83位点对PICK1与GluR2相互作用的影响

作者：卢宇婷浙江大学

学位级别：硕士

背景和目的：PICK1是近年发现的能调控AMPA受体转运的蛋白,具体调控机制尚不明确。pdz结构域是公认的蛋白-蛋白相互作用组件,根据他们结合的pdz结合域(pdz配体)的不同可分为三种类型,而PICK1 pdz结构域既可以与Ⅰ型pdz配体结合又可以与... 详细信息

背景和目的：PICK1是近年发现的能调控AMPA受体转运的蛋白,具体调控机制尚不明确。pdz结构域是公认的蛋白-蛋白相互作用组件,根据他们结合的pdz结合域(pdz配体)的不同可分为三种类型,而PICK1 pdz结构域既可以与Ⅰ型pdz配体结合又可以与Ⅱ型pdz配体相结合。它的这种特性主要是依赖于aB1上的赖氨酸(K83),K83使得PICKl既可以满足Ⅰ型pdz配体与pdz结构域形成氢键的需要,又可以满足Ⅱ型pdz配体形成疏水键的需要。因此83位点是一个非常特殊的氨基酸位点。为了研究PICK1 pdz结构域与GluR2 C末端相互作用中K83位点所起的作用,我们首先利用计算机对83位点进行剩余19个氨基酸的模拟点突变,接着对数据进行分析并结合pdz结构域分类理论及氨基酸结构确定缬氨酸(V)、组氨酸(H)、丙氨酸(A)及谷氨酸(E)为重点研究对象,再经实验生物学去验证。这种生物信息学与实验生物学结合的方法也可以为今后解决蛋白间相互作用问题提供新的研究思路。实验方法：1、质粒的构建：利用实验室已有GFP标记的野生型全长PICK1 cDNA序列,设计突变引物,PCR扩增引入突变,然后用Dpnl酶切去除没有突变的模板质粒,最后测序确认突变体构建成功。2、HEK 293T细胞培养和转染：HEK293T细胞用含有10%胎牛血清的DMEM培养基培养,每3天传代一次。细胞接种于60mm直径的培养皿或预先放置载玻片的12孔板,然后采用磷酸钙沉淀法转染HEK293T细胞。3、免疫细胞化学染色和荧光成像分析：长在玻片上的细胞固定后用0.2%Triton X-100透膜10分钟然后用特异性一抗和荧光二抗做全细胞染色,观察PICK1与GluR2共定位的改变。免疫细胞化学染色后的观察,共集簇数目等分析使用OLYMPUS激光共聚焦扫描显微镜。结果：1.当野生型PICK1与GluR2共转染时,HEK293T细胞有大量PICK1 cluster,且这些PICK1 cluster与GluR2共定位。当我们把构建的PICK1突变体单独与GluR2共转染时,不同的突变体表现出不一样的改变,将GFP-PICK1 K83V和GFP-PICK1K83H分别与GluR2共转染,含有PICK1 cluster的细胞与野生型转染相比没有显著差异;将GFP-PICK1 K83A与GluR2:共转染,含有PICK1 cluster的细胞有所减少;将GFP-PICK1 K83E与GluR2共转染,含有PICK1 cluster的细胞数目显著减少。结论：PICK1 pdz结构域上的K83位点对于PICK1和AMPA受体GluR2的相互作用非常重要,改变该位点的氨基酸结构很可能会改变PICK1 pdz结构域与GluR2C末端结合所形成的疏水相互作用、氢键、静电相互作用,使得pdz结构域与GluR2C末端的结合能力发生不同程度的改变。

关键词： PICK1 pdz结构域 GluR2亚基共定位蛋白转运