钙调蛋白Q41C/K75C突变体对Ca~(2+)和La~(3+)表现不同的结合模式

钙调蛋白(CaM)是一种多功能钙离子结合蛋白,作为对细胞内钙离子浓度变化的应答,它可以调节许多酶的活性.Q41C/K75C突变钙调蛋白(CaMSS)在N结构域端具有一个二硫键,此前研究表明,CaMSS对Ca2+亲合力明显降低.本研究结果发现,Ca2+和La3+与CaMSS的结合方式表现出了一种特殊的选择方式:Ca2+的结合位置为I,III和IV金属结合位点,而La3+与I,II和IV位点结合.综合文献和实验结果,我们提出一种结合机理的假设,即CaMSS的金属离子结合位点II(或III)可能通过长程效应,对另一端III(或II)的金属离子的结合发生响应,由于二硫键存在等原因,导致该位点丧失结合金属离子的合适蛋白构象.本研究结果为阐明金属离子与钙调蛋白结合的特异性机理提供了新的观点,也为以钙调蛋白为模版的蛋白设计提供了新思路.     

钙调蛋白Q41C/K75C突变体对Ca2+ 和La3+ 表现不同的结合模式

钙调蛋白(CaM)是一种多功能钙离子结合蛋白, 作为对细胞内钙离子浓度变化的应答, 它可以调节许多酶的活性. Q41C/K75C突变钙调蛋白(CaMSS)在N结构域端具有一个二硫键, 此前研究表明, CaMSS对Ca²⁺亲合力明显降低. 本研究结果发现,Ca²⁺ 和La³⁺ 与CaMSS的结合方式表现出了一种特殊的选择方式: Ca²⁺ 的结合位置为I, III和IV金属结合位点, 而La³⁺ 与I, II和IV位点结合. 综合文献和实验结果, 我们提出一种结合机理的假设, 即CaMSS的金属离子结合位点II (或III)可能通过长程效应, 对另一端III (或II)的金属离子的结合发生响应, 由于二硫键存在等原因, 导致该位点丧失结合金属离子的合适蛋白构象. 本研究结果为阐明金属离子与钙调蛋白结合的特异性机理提供了新的观点, 也为以钙调蛋白为模版的蛋白设计提供了新思路. 英文全文见: Science China Chemistry, 2010, 53(4): 797–806     

La3+诱导钙调蛋白与鼠脑组织钙调蛋白亲合蛋白的结合

应用固定化钙调蛋白(CaM)亲合色谱法、变性丙烯酰胺电泳(SDS-PAGE)和基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)等方法研究了La3+诱导CaM在大鼠脑匀浆液中的钙调蛋白亲合蛋白(CaMBP)谱以及CaM-CaMBP在模拟细胞环境下结合作用的La3+浓度依赖关系, 并与Ca2+的作用进行了比较. 实验结果表明, (1) La3+参与的CaMBP物种与Ca2+的基本相同. 鉴定了其中含量高且稳定出现的5种CaMBP分别是参与糖酵解反应的6-磷酸果糖激酶和3-磷酸甘油醛脱氢酶、细胞骨架类的微管蛋白和肌动蛋白以及应激反应相关的71000热休克同源蛋白, 表明稀土离子可能参与多种细胞过程; (2) La3+诱导CaM与5种CaMBP结合的浓度依赖曲线因CaMBP物种的不同而存在差别. 热休克同源蛋白、肌动蛋白或微管蛋白对La3+相对敏感, La3+在金属-CaM-CaMBP三元体系中与CaM的结合常数K与Ca2+的相近或稍高; 而6-磷酸果糖激酶和3-磷酸甘油醛脱氢酶体系对La3+的敏感性明显低于Ca2+. 其原因可能在于模拟细胞环境的复杂性以及CaM-CaMBP蛋白质相互作用对金属离子与CaM配位结合的调节.