真核生物异柠檬酸脱氢酶研究新进展

上海远慕生物科技有限公司

2019/03/21 17:24

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IDH是一类广泛存在于生物体中的酶家族，该酶以NADP或NAD为辅酶催化异柠檬酸氧化脱羧生成a-酮戊二酸。真核生物具有NADP和NAD依赖型的两种IDH，其中NADP-IDH存在于细胞浆、线粒体和过氧化物酶体中，被发现主要在细胞抗氧化损伤、活性氧自由基的解毒以及脂肪和胆固醇合成中起重要作用；而NAD-IDH存在于线粒体内，被认为是三羧酸循环的限速酶。

丁建平研究组长期从事真核生物异柠檬酸脱氢酶的结构和功能研究，先后测定了人胞浆NADP-IDH和酵母线粒体NADP-IDH与辅酶、底物、金属离子和产物等复合物的晶体结构，并开展了生化和功能研究，揭示了NADP-IDH发挥生物学功能及其导致疾病发生的分子基础。

哺乳动物NAD-IDH是由a、b和g三种亚基以2:1:1的比例组装而成，其中a亚基是催化亚基，参与底物、辅因子、金属离子的结合，而b和g亚基被认为是调节亚基，可能具有结合调节因子的能力。前期他人研究工作发现，哺乳动物NAD-IDH可以受到柠檬酸CIT、ADP等因子的别构调节，从而改变自身对底物异柠檬酸ICT的亲和力，但不影响最大反应速率。a和b亚基或者a和g亚基可以形成基本的结构单元、并分别具有一定的活力，ab和ag异元二聚体组装成八聚体全酶发挥功能，但是b和g两种调节亚基在结构和功能上的差异，以及它们进行别构调节的机制还不清楚。

丁建平研究组的助理研究员马腾飞等人系统地研究了人源NAD-IDH全酶以及ab和ag异元二聚体受调节因子激活前后的酶学性质。生化数据表明，ab和ag异元二聚体均具有催化活力，但是表现出不同的酶学性质。ag异元二聚体体现出与全酶相似的酶动力学参数，可以受到CIT和ADP的别构调节，并且可以受到低浓度ATP的激活及高浓度ATP的抑制。与之不同，ab异元二聚体不能被CIT和ADP别构调节，并且只能受到ATP的抑制。

通过突变体的实验研究人员还发现，在受调节因子激活前后，ab和ag异元二聚体对全酶酶活力的贡献是相当的，并且都可以通过g亚基而非b亚基受到CIT和ADP的别构调节。这些研究结果首次阐明了b和g调节亚基在功能上的差异，即在人源NAD-IDH全酶中g亚基发挥调节功能，而b亚基主要在全酶组装中发挥结构功能。