最近Scripps Research的一項研究已經確定了PLD3和PLD4的詳細結構，這兩種酶對核酸降解和免疫調節至關重要。這一發現使人們能夠理解狼瘡、風濕性關節炎和阿爾茨海默氏癥等疾病，揭示了新的酶功能，并為未來針對這些酶的治療方法提供了基礎。
斯克里普斯研究所的科學家們已經開發出了與自身免疫和炎癥有關的酶的原子水平結構模型，如狼瘡和阿爾茨海默病。
當核酸(如DNA或RNA)在細胞質中積累時，它們會觸發免疫系統的警報。在正常情況下，酶的任務是清除這些核酸以防止出現問題。然而，如果這些酶不能正常發揮作用而免疫系統干預，就可能導致自身免疫性和炎癥性疾病。
在最近發表在《結構》雜志上的一項新研究中，斯克里普斯研究中心的科學家們展示了其中兩種核酸降解酶pld3和PLD4的先前描述的結構。了解這些酶的結構和分子細節是設計治療各種疾病的重要一步，這些疾病包括紅斑狼瘡、類風濕性關節炎和阿爾茨海默病。
“這些酶對清理細胞環境很重要，它們也設定了被認為是感染與否的門檻，我希望有一天我們可以根據這些信息幫助病人。”資深作者、斯克里普斯研究所免疫學和微生物學系教授David Nemazee博士說。
酶的功能和分析技術
酶是一種蛋白質，它通過與被稱為底物的特定分子結合和反應來加速化學反應。在PLD3和PLD4的情況下，底物是RNA或DNA鏈，酶將其逐個核苷酸分解。
該團隊使用x射線晶體學建立了PLD3和PLD4在多種狀態或情況下的原子尺度模型，使他們能夠檢查它們的形狀在催化反應過程中是如何變化的。這包括酶休息的時候，或者它們活躍地與底物結合的時候。
“這些模型使我們能夠非常清晰和高分辨率地可視化PLD3和PLD4，所以我們確切地知道每個原子是如何相互作用的，這意味著我們可以推斷酶是如何工作的，”第一作者Meng Yuan說，他是斯克里普斯研究所綜合結構和計算生物學部門的工作人員。
結構分析表明，PLD3和PLD4在結構上相似，它們以非常相似的方式降解DNA和RNA，盡管PLD4是一個更大的蛋白質。這兩種酶都通過兩步過程降解核酸。
“我們稱這個過程為兩步催化:咬下和釋放，在第一步中，酶咬下DNA鏈，從DNA鏈的其余部分分離出一個‘磚頭’或核苷酸，在第二步中，它打開‘嘴巴’，釋放磚頭進行回收。”
由于酶促反應發生得如此之快——在幾毫秒內——研究人員需要使用另一種底物來可視化酶在催化過程中的結構。為了做到這一點，他們將酶與一種看起來與酶通常降解的DNA非常相似的分子一起培養，但酶的降解速度要慢得多。
發現新的酶功能
這種方法揭示了其中一種酶以前未知的功能:除了從單鏈RNA和DNA上咬掉核苷酸外，PLD4還顯示出磷酸酶活性，這意味著它也可能參與分解DNA的磷酸主鏈。
“我認為晶體結構告訴我們這種磷酸酶的活性是驚人的，”Nemazee說。“發現新的酶活性在結構生物學中是聞所未聞的。只是因為孟能夠解決如此驚人的精確和詳細的結構，他才能告訴我們這種我們不知道的額外的酶活性。”
在他們闡明了PLD3和PLD4的通常結構之后，研究人員檢查了與疾病相關的變異結構，包括阿爾茨海默氏癥和脊髓小腦性共濟失調。這些分析表明，其中一些變異降低了酶的能力，而另一些——包括與晚發性阿爾茨海默氏癥相關的突變——似乎更活躍。
“我們的一些數據表明，其中一種與阿爾茨海默氏癥相關的酶變體可能功能更好，這讓我感到驚訝，但它也可能不太穩定，更容易聚集，”Nemazee說。
研究人員計劃繼續研究這些酶的結構和功能。他們的下一步工作包括探索在酶過度活躍的情況下抑制酶的可能方法，他們還計劃研究在攜帶無功能(或不起作用)版本的人體內替換酶的可能性。
（文章來源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-4） | 
