生物通报道：来自清华大学生科院，贝勒医学院，中国科学院青岛生物能源与过程研究所等处的研究人员破解了拟南芥中一种重要的调节因子：谷氧还蛋白的结构特征，由此揭示出了一种Grxs的调控新机制，并且也为了解叶绿体中的氧化还原和DNA代谢之间的机械关联提供了新思路。相关成果公布在PNAS杂志上。

文章的通讯作者分别是清华大学生科院王新泉教授，贝勒医学院程宁辉（Ninghui Cheng，音译），以及青岛生物能源与过程研究所的冯银刚研究员。其中王新泉教授主要研究方向为细胞因子特异结合并激活其受体分子，以及病原体逃避宿主免疫攻击的结构机理。

谷氧还蛋白（glutaredoxins，Grxs）是一类小型的氧化还原酶，大约只有一百个氨基酸残基的单链蛋白质，并以谷胱甘肽作为辅因子。氧还蛋白被底物氧化，而非酶促地被谷胱甘肽还原。与可被硫氧还蛋白还原酶还原的硫氧还蛋白相反，并不存在特异性还原谷氧还蛋白的氧化还原酶。取而代之的是，谷氧还蛋白通过去氧化谷胱甘肽来被还原。被氧化的谷胱甘肽接下来被谷胱甘肽还原酶重生出来。NADPH、谷胱甘肽、谷胱甘肽还原酶和谷氧还蛋白这些组件组合在一起的氧化还原网络构成了谷胱甘肽系统。

研究人员发现这种蛋白在各种生理功能中扮演了重要的介导作用，比如拟南芥（Arabidopsis thaliana）中叶绿体的单巯基谷氧还蛋白（monothiol glutaredoxin）——AtGRXS16，就由两个不同的功能结构域组成，一个是N末端结构域（NTD），这个结构域带有GlyIleTyr-TyrIleGly的（GIY-YIG）核酸内切酶活性，另外一个是C末端Grx结构域，能调节叶绿体氧化还原和DNA裂解。

结构分析显示AtGRXS16-NTD具有GIY-YIG的核酸内切酶折叠，但其中关键的酶活性残基与典型的的GIY-YIG核酸内切酶活性残基不同，AtGRXS16-NTD能裂解λDNA和叶绿体基因组DNA，但这种活性在AtGRXS16中会被大量消弱。

功能研究也表明，AtGRXS16-NTD能抑制AtGRXS16的一种负反馈调控作用，即AtGRXS16对酵母grx5细胞氧化应激的灵敏度，然而在这些细胞中，C-末端GRX结构域，和带有一个Cys123Ser基因突变的AtGRXS16则会被激活。

此外，这两个功能结构域也会受到分子内二硫键的负调控作用。

这些研究结果揭示出了一种Grxs的调控新机制，并且也为了解叶绿体中的氧化还原和DNA代谢之间的机械关联，提供了新思路。（生物通：张迪）

原文摘要：

Structural insights into the N-terminal GIY–YIG endonuclease activity of Arabidopsis glutaredoxin AtGRXS16 in chloroplasts

Glutaredoxins (Grxs) have been identified across taxa as important mediators in various physiological functions. A chloroplastic monothiol glutaredoxin, AtGRXS16 from Arabidopsis thaliana, comprises two distinct functional domains, an N-terminal domain (NTD) with GlyIleTyr-TyrIleGly (GIY-YIG) endonuclease motif and a C-terminal Grx module, to coordinate redox regulation and DNA cleavage in chloroplasts. Structural determination of AtGRXS16-NTD showed that it possesses a GIY–YIG endonuclease fold, but the critical residues for the nuclease activity are different from typical GIY–YIG endonucleases. AtGRXS16-NTD was able to cleave λDNA and chloroplast genomic DNA, and the nuclease activity was significantly reduced in AtGRXS16. Functional analysis indicated that AtGRXS16-NTD could inhibit the ability of AtGRXS16 to suppress the sensitivity of yeast grx5 cells to oxidative stress; however, the C-terminal Grx domain itself and AtGRXS16 with a Cys123Ser mutation were active in these cells and able to functionally complement a Grx5 deficiency in yeast. Furthermore, the two functional domains were shown to be negatively regulated through the formation of an intramolecular disulfide bond. These findings unravel a manner of regulation for Grxs and provide insights into the mechanistic link between redox regulation and DNA metabolism in chloroplasts.

作者简介：

王新泉 博士
教授, 博导

1990-1995, 复旦大学 学士
1995-2000, 中国科学院生物物理研究所 博士
2000-2003, 中国科学院生物物理研究所 助理研究员
2003-2008, 美国斯坦福大学 博士后
现任清华大学教授

科研领域和研究方向
主要研究方向为结构生物学。利用X-射线晶体学为主要研究手段，结合冷冻电子显微镜学和其他生物化学技术，研究生物大分子的结构与功能关系。研究目标目前集中在细胞因子特异结合并激活其受体分子，以及病原体逃避宿主免疫攻击的结构机理。

 

打赏

下载安捷伦电子书《通过细胞代谢揭示新的药物靶点》探索如何通过代谢分析促进您的药物发现研究

10x Genomics新品Visium HD 开启单细胞分辨率的全转录组空间分析！

欢迎下载Twist《不断变化的CRISPR筛选格局》电子书

单细胞测序入门大讲堂 - 深入了解从第一个单细胞实验设计到数据质控与可视化解析

下载《细胞内蛋白质互作分析方法电子书》