武漢物數所在泛素動態結構研究方面獲進展

中國科學院武漢物理與數學研究所研究員唐淳帶領的生物大分子動態學研究團隊，於6月13日在《美國科學院院刊》（PNAS）在線發表題為Ubiquitin S65 phosphorylation engenders a pH-sensitive conformational switch 的研究論文。他們的工作揭示了泛素單體的S65被磷酸化後，呈現出四種能相互轉化的構象，解析了每種構象的三維結構，發現了這些構象的組成比例受pH值調節。進一步，利用單分子熒光技術，他們發現泛素單體的構象變化還影響到泛素鏈的四級結構，導致泛素能夠與不同的靶蛋白結合，執行不同的功能。

2014年的研究報道首次指出泛素能被PINK1在其S65位點磷酸化，磷酸化泛素能激活PARKIN，導致線粒體自噬，但對於磷酸化泛素其它的生物學功能仍不清楚。在最新的這篇PNAS論文中，武漢物數所生物大分子動態學研究團隊運用生物磁共振技術和其它生物物理方法，對磷酸化泛素同時存在的舒展態和收縮態結構進行了精確的解析，發現舒展態和收縮態磷酸化泛素的磷酸基團有著截然不同的pKa值，分別為7.2和5.8。因此當溶液pH升高時，磷酸化泛素會趨於收縮態結構，而當溶液pH降低，磷酸化泛素會趨於舒展態結構。

在細胞中，不同亞細胞部位有不同的pH值，細胞在不同的生理和病理狀態下，局域的pH值也發生變化。磷酸化和泛素化是兩種最為常見的蛋白質翻譯後修飾，磷酸化能夠賦予泛素的結構和功能對環境pH的敏感性，這一發現將對生物學研究產生深遠影響。

唐淳帶領的生物大分子動態學研究團隊多年從事泛素動態結構的研究，已完成了一系列重要發現。他們利用波譜分析，首次發現泛素單體之間存在極弱的非共價作用（Angew. Chem., 2012），這種非共價相互作用，可以調節泛素鏈亞基之間的四級結構，使泛素鏈通過構象選擇機制與結構和功能各異的配體發生相互作用（eLife, 2015）。

生物大分子動態學研究團隊副研究員董旭和龔洲為論文共同第一作者。畢業於武漢物數所生物大分子動態學研究組的博士劉主，現就職於浙江大學醫學院，作為論文的共通訊作者參與相關研究成果的發表。這項研究得到了科技部、國家自然科學基金委和美國霍華德休斯醫學研究所(HHMI)基金資助。

論文鏈接

溶液中磷酸化泛素的多態平衡圖示。隨著pH升高（由橙色背景至青色背景表示）磷酸化泛素被去質子化，會趨於收縮態結構；隨著pH減低（由青色背景至橙色背景表示）磷酸化泛素被質子化，會趨於舒展態結構。

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