生物通报道：来自清华大学生科院的研究人员发表了题为“Crystal structure of the yeast metacaspase Yca1”的文章，报道了一种重要的蛋白酶：Yca1 metacaspase的晶体结构（分辨率为1.7 angstrom），并由此分析了这种酶的作用特点。相关成果公布在The Journal of Biological Chemistry杂志上。

这项研究由清华大学施一公研究组完成，施一公教授为通讯作者，这是这一研究组在结构生物学研究领域取得了又一重要成果。

在哺乳动物中，凋亡被一组蛋白酶caspases定向激活，导致特异性底物断裂，触发细胞死亡。而在酵母中，环境损伤、细胞内缺陷、预凋亡基因的异源表达诱导，具有典型凋亡特征的酵母细胞死亡，与一种caspase同系物：metacaspase紧密相关。研究显示，如果缺乏这种酶，那么就可以阻碍不同因素引起的酵母细胞死亡。

在芽殖酵母Saccharomyces cerevisiae中发现的唯一一个I型metacaspase，称为酵母caspase-1(YCA1)，由基因YCA1 或MCA1 (Yor197w)编码，是一种clan CD半胱氨酸蛋白酶。科学家们发现，虽然酵母是一种单细胞真核生物，但是也有细胞死亡进程，这种进程让人联想到细胞凋亡。

目前的研究显示Yca1在这些凋亡进程中扮演了重要的角色，不过其结构和功能依然是一个未解之谜。为了解开这个谜题，在这项研究中，研究人员揭示了Yca1 metacaspase的晶体结构（分辨率为1.7 angstrom），并从中证实了其与caspase相似的折叠。

但是研究人员也通过将其与典型的半胱氨酸比对，发现Yca1可以在溶液和晶体结构中保持单体，而典型的半胱氨酸则包含有一个6β链。而Yca1中一对额外的反平行β链能形成带有6个caspase常见β链的连续β折叠，阻止可能的二聚体形成。

除此之外，研究人员还发现了一个与之前认知不同的结构——之前的研究曾表明，Yca1在酵母中有一个自我催化处理的过程，细菌中的过表达也会导致Yca1自动分解成两部分。而研究则发现了两个自我催化的过程，Yca1的蛋白活性会通过钙离子极大的得以促进。

这些研究数据表明，Yca1是一种钙离子激活的半胱氨酸蛋白酶，能在酵母胁迫应答过程中，消化特殊的底物。

这项研究成果是施一公教授研究组继3月份解析大肠杆菌谷氨酸:γ-氨基丁酸（GABA）反向转运蛋白 (GadC) 的晶体结构后的又一重要成果。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Crystal structure of the yeast metacaspase Yca1

Yca1, the only metacaspase in Saccharomyces cerevisiae, is thought to be a clan CD cysteine protease that includes the caspase subfamily. Although yeast is a single cell eukaryote, it can undergo a cell death process reminiscent of apoptosis. Yca1 has been reported to play an important role in the regulation of such apoptotic process. Yet the structure and functional mechanism of Yca1 remain largely enigmatic. In this study, we report the crystal structure of the Yca1 metacaspase at 1.7 angstrom resolution, confirming a caspase-like fold. In sharp contrast to canonical caspases, however, Yca1 exists as a monomer both in solution and in the crystals. Canonical caspase contains 6 beta-strands, with strand 6 pairing up with strand 6 of another caspase molecule to form a homo-dimerization interface. In Yca1, an extra pair of anti-parallel beta-strands form a continuous beta-sheet with the 6 caspase-common beta-strands, blocking potential dimerization. Yca1 was reported to undergo autocatalytic processing in yeast; over-expression in bacteria also led to autoprocessing of Yca1 into two fragments. Unexpectedly, we found that both the autocatalytic processing and the proteolytic activity of Yca1 are greatly facilitated by the presence of calcium (Ca2+), but not other divalent cations. Our structural and biochemical characterization identifies Yca1 as a Ca2+-activated cysteine protease that may cleave specific substrates during stress response in yeast.
 

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