论文部分内容阅读
GTP酶是重要的细胞调控因子,它通过GTP/GDP状态间的转换作用于许多生物学过程。Obg是P-loop GTP酶家族的一员,作为一种从细菌到人类都十分保守的GTP酶,Obg参与了许多细胞活动,例如,大肠杆菌中的同源物ObgE(Obg in E.coli)就涉及细胞内两个重要的调控过程,即核糖体组装和严紧反应,但目前这些功能的分子机制尚不明确。本研究利用冷冻电镜单颗粒三维重构方法解析了ObgE与核糖体50S大亚基复合物的结构,接着应用生化手段,阐述了ObgE的生理功能及作用机制。首先,我们利用冷冻电镜研究了50S·ObgE·GMPPNP复合物的三维结构,结构分析表明保守的ObgE N端结构域能够通过模仿tRNA与核糖体的肽基转移酶中心发生特异性的相互作用,这方面性质与I类释放因子的作用机制十分相似。同时,ObgE的结合导致核糖体50S大亚基发生了显著的构象变化,直接破坏了50S与30S结合的结构基础。接着,通过预稳态快速动力学检测的方法,我们证明了ObgE的确是抑制核糖体结合的因子,通过结合于50S大亚基来阻止70S复合物的形成,从而阻止蛋白质翻译的起始。另一方面,ObgE结合50S大亚基以及抑制70S复合物形成的功能均受到鸟苷酸的调控,不仅是GTP和GDP,还包括参与细菌严紧反应调控的鸟苷四磷酸——ppGpp。在结合ppGpp之后,ObgE展现出较强的50S亲和能力,导致核糖体结合和解离的平衡反应向70S复合物解离的方向移动。因此,我们认为ObgE作为特殊的翻译因子与细菌的严紧反应密切相关,这也为未来研究ObgE与核糖体相关(p)ppGpp调控因子的相互作用提供了一些线索。综合已有的报道及本研究获得的结果,我们推测在正常生长条件下,ObgE很可能在50S大亚基组装后期充当质量控制检查点蛋白,监督核糖体的成熟情况。而ObgE更主要的功能则是在特定的饥饿环境下,通过感知(p)ppGpp的水平来判断细胞内的能量状态,从而调控核糖体50S大亚基的量和翻译速度,最终将核糖体组装、翻译与其他生长调控通路联系起来。