11月15日，國際學(xué)術(shù)期刊Nature Plants在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）叢堯研究組與中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所劉翠敏研究組的合作研究論文“The cryo-EM structure of the chloroplast ClpP complex”。該研究首次解析了萊茵衣藻葉綠體ClpP蛋白酶復(fù)合體及其結(jié)合輔助分子伴侶Cpn11/20/23的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，鑒定了ClpP復(fù)合體的亞基組成與排布，揭示了輔助分子伴侶Cpn11/20/23調(diào)節(jié)ClpP蛋白酶水解活性的分子機制。

　　植物葉綠體內(nèi)的大部分蛋白質(zhì)直接或間接參與光合作用。蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)主要由負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)折疊的分子伴侶以及負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)降解的蛋白酶體調(diào)控。研究團隊先前發(fā)現(xiàn)葉綠體輔助分子伴侶Cpn20與分子伴侶素Cpn60相互作用協(xié)助蛋白質(zhì)折疊，同時Cpn20與ClpP蛋白酶相互作用減慢ClpP降解底物的速度。

　　研究團隊通過親合標(biāo)簽從萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）葉綠體內(nèi)純化了完整的ClpP蛋白酶復(fù)合體。質(zhì)譜及免疫印跡結(jié)果表明純化的蛋白中含有一定量的輔助分子伴侶Cpn11/20/23。體外生化實驗證明輔助分子伴侶Cpn11/20/23與ClpP存在相互作用，并且抑制ClpP蛋白酶的底物降解活性。在此基礎(chǔ)上，團隊首次解析了ClpP復(fù)合體以及ClpP-Cpn11/20/23復(fù)合體的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步確定了ClpP及Cpn11/20/23各亞基的排布，以及兩者相互作用的網(wǎng)絡(luò)和機制（圖A、B）。發(fā)現(xiàn)Cpn11/20/23結(jié)合于ClpP的底物運輸通道頂部，抑制了ClpP的蛋白酶活性。Cpn11/20/23利用相同的環(huán)結(jié)構(gòu)分別與分子伴侶素Cpn60及ClpP蛋白酶相互作用，表明其在葉綠體內(nèi)重要的調(diào)控作用（圖C、D）。

　　該研究結(jié)果首次闡明了真核細(xì)胞葉綠體中ClpP復(fù)合體的三維結(jié)構(gòu)和催化機理，同時也發(fā)現(xiàn)了輔助分子伴侶Cpn11/20/23的全新生化功能，為深入理解分子伴侶素與蛋白酶相互配合共同調(diào)節(jié)葉綠體內(nèi)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)提供了新的科學(xué)視角。

　　中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育研究所劉翠敏研究員和分子細(xì)胞卓越中心叢堯研究員為該論文的共同通訊作者。遺傳發(fā)育所劉翠敏研究組王寧博士與分子細(xì)胞科學(xué)卓越中心叢堯研究組汪一帆博士為該論文的共同第一作者。該研究得到了國家基金委、科技部、中科院和上海市科委等的經(jīng)費支持，并得到國家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施的冷凍電鏡系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫與計算分析系統(tǒng)及質(zhì)譜系統(tǒng)的大力支持。

　　文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41477-021-01020-x 

       (A) 萊茵衣藻葉綠體ClpP-Cpn11/20/23復(fù)合體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。藍(lán)色的為Clp蛋白酶復(fù)合體結(jié)構(gòu)，頂部金色的“帽子”結(jié)構(gòu)是輔助分子伴侶Cpn11/20/23。(B) ClpP復(fù)合體的亞基排布示意圖。(C) 輔助分子伴侶Cpn11/20/23的亞基排布示意圖。(D) 輔助分子伴侶Cpn11/20/23調(diào)控ClpP復(fù)合體的分子機制示意圖。