看清引发心衰等疾病的微管结合蛋白4的结构

生命科学 2018年10月10日
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日本神户大学、日本理化学研究所生命机能科学研究中心和室兰工业大学通过共同研究,成功查明了控制体内所有细胞形状的微管结合蛋白(MAP)之一——“MAP4”的详细结构(图1)。

看清引发心衰等疾病的微管结合蛋白4的结构

图1:“微管-MAP4-驱动蛋白”复合体的冷冻电子显微镜结构。

MAP4是Tau家族蛋白之一,与构成细胞骨架的微管和分子马达驱动蛋白形成复合体。如果包含Tau家族蛋白在内的复合体形成失败,就会引发心力衰竭、痴呆症等多种疾病。不过,由于分子结构会灵活移动,此前都不能以高分辨率查清其立体结构。此次,研发小组利用冷冻电子显微镜,查明了MAP4与微管和驱动蛋白形成的复合体的立体结构。

MAP4(紫色)沿着微管(α微管蛋白、β微管蛋白)的长轴结合,使微管变得稳定(图1)。MAP4与微管的结合位点有两种,分别是二者强力结合的锚位点和较弱结合的弱结合位点(图2左)。另一方面,分子马达驱动蛋白会竞争性地抑制弱结合位点的MAP4与微管的结合(图2中央)。因此,如果存在足够量的驱动蛋白,驱动蛋白就会赶走弱结合位点的MAP4,自己与微管结合(图2中央)。

由此确认,MAP4与微管在锚位点结合,同时驱动蛋白在弱结合位点与微管结合(图2右)。

看清引发心衰等疾病的微管结合蛋白4的结构

图2:微管-MAP4-驱动蛋白复合体的详细结构(上图)和模型(下图)

根据此次的研究成果,可以从分子结构上理解MAP4使微管稳定的机理,以及对微管介导的细胞内物质转运的作用。另外,利用这些成果,有望查明心力衰竭、痴呆症等由细胞变形引发的疾病的病况及开发新的治疗药物。

相关研究论文10月1日在线发布于国际学术杂志《细胞生物学杂志》。

文 客观日本编辑部

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