生物通报道：来自清华大学的最新消息，清华大学生命科学学院与医学院，北京大学生命科学学院的研究人员发表了题为“Structural basis of ultraviolet-B perception by UVR8”的文章，解析了植物拟南芥感受紫外线B波段（280-315 nm）的光受体UVR8的晶体结构，并对其感光机理做出了解释。相关成果公布在2月29日Nature杂志上。

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文章的通讯作者是清华大学生命科学学院施一公教授，这些研究由施一公教授研究组与邓兴旺教授研究组合作完成，这是施一公教授研究组2012年1月发表Science文章后的又一重要成果。

据介绍，在植物的生长过程中，光发挥着极其重要的作用，包括提供能量，调控植物生长、发育的各个阶段（例如发芽、开花等）。植物对于光的感受，是通过一类叫做光受体的蛋白执行的，光受体感受光信号，再把信号传给下游调控因子，从而使植物做出相应反应。对光受体感光机理的研究，吸引了众多生物学家的目光。植物的红光/红外光受体、蓝光受体发现较早，目前都有比较深入的功能和结构方面的研究。

但是紫外线B波段的光受体，在2011年4月才被鉴定，研究人员发现，在拟南芥中，一个名为UVR8的蛋白正是人们寻找了许久的紫外线B波段的光受体。生化实验为其感光机理提供了一些线索，表明紫外线（280-315 nm）照射会使UVR8从二聚体变为单体，但是具体分子机理的阐明，还有赖于高分辨率的结构。

为了解决这个问题，施一公与邓兴旺的研究组合作，获得了UVR8野生型以及两个突变体的高分辨率晶体结构（1.8埃-2.0埃）。这些结构显示，UVR8在紫外线B波段光照之前，是一个由两个相同的单体形成的二聚体，其中每个单体由7个富含b-折叠的WD40结构域组成。

两个单体通过众多氢键紧密结合在一起。通过野生型与突变体UVR8结构的比对，以及进一步的基于结构的生化分析，研究人员阐明了UVR8的感光机理：UVR8单体中，两个色氨酸（W285和W233）组成了感受紫外线B波段的核心基团，当受到紫外线（280-315 nm）照射时，两个色氨酸的吲哚环电子被激发，破坏了W285和W233与相邻的两个精氨酸R286、R338之间的紧密的电荷作用（cation-p interaction），影响了R286、R338在结构中的稳定性，而R286、R338正是参与形成两个UVR8单体间氢键的关键氨基酸，二者受到扰动，破坏了相应氢键，从而使UVR8二聚体解聚。

这些成果为研究人员在分子水平理解植物感光机理提供了帮助，也为进一步的计算机模拟、生物物理学研究奠定了基础。

这是清华大学结构生物学研究的又一重要成果，是自2009年4月以来清华大学作为通讯作者发表的第12篇Nature、Science、Cell论文。

除此之外，近期施一公研究组还与俞立教授研究组合作在《细胞研究》（Cell Research）上发表学术论文“Crystal structure and biochemical analyses reveal Beclin 1 as a novel membrane binding protein”,通过结构生物学的方法,解析了细胞自噬中的关键蛋白Beclin 1主要结构域的晶体结构，并结合生化、细胞等手段解释了该蛋白在细胞自噬中的作用机理。这一成果被选为《细胞研究》3月期的封面文章。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Structural basis of ultraviolet-B perception by UVR8
The Arabidopsis thaliana protein UVR8 is a photoreceptor for ultraviolet-B. Upon ultraviolet-B irradiation, UVR8 undergoes an immediate switch from homodimer to monomer, which triggers a signalling pathway for ultraviolet protection. The mechanism by which UVR8 senses ultraviolet-B remains largely unknown. Here we report the crystal structure of UVR8 at 1.8 Å resolution, revealing a symmetric homodimer of seven-bladed β-propeller that is devoid of any external cofactor as the chromophore. Arginine residues that stabilize the homodimeric interface, principally Arg 286 and Arg 338, make elaborate intramolecular cation–π interactions with surrounding tryptophan amino acids. Two of these tryptophans, Trp 285 and Trp 233, collectively serve as the ultraviolet-B chromophore. Our structural and biochemical analyses identify the molecular mechanism for UVR8-mediated ultraviolet-B perception, in which ultraviolet-B radiation results in destabilization of the intramolecular cation–π interactions, causing disruption of the critical intermolecular hydrogen bonds mediated by Arg 286 and Arg 338 and subsequent dissociation of the UVR8 homodimer.

作者简介：

施一公 博士

教授，博导，长江讲座教授，国家杰出青年基金获得者

1985-1989 　清华大学生物科学与技术系，学士
1990-1995 　美国约翰霍普金斯大学医学院，分子生物物理学博士
1995 　 美国约翰霍普金斯大学医学院，博士后
1996-1997 美国史隆凯特林癌症研究中心结构生物学实验室，博士后
1998-2001　 美国普林斯顿大学分子生物学系，助理教授
2001-2003　 美国普林斯顿大学分子生物学系，（终身）副教授
2003-2008　 美国普林斯顿大学分子生物学系，（终身）教授
2007-2008　 美国普林斯顿大学分子生物学系，Warner-Lambert/Parke-Davis教授
2008-至今 清华大学生命科学学院，教授、博导


主要科研领域与方向：

主要运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞调亡的分子机制，集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究

与重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究
 

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