【背景】蛋白酶能够降解细胞中错误折叠或是无功能的蛋白,Clp家族蛋白就是一类重要的蛋白酶复合物。Clp蛋白酶复合物的水解核心是ClpP,集胞藻PCC6803中存在4种不同的ClpP蛋白,分别为ClpP1-ClpP4。作为重要的蛋白水解复合物的功能组分,目前对集胞藻ClpP的研究十分有限,对其生理功能与调控底物的研究甚少。【目的】选择集胞藻为研究对象探究ClpP2蛋白的功能,鉴定其潜在底物,为集胞藻ClpP2作用机制提供实验支撑。【方法】构建集胞藻ClpP2突变株(ΔClpP2),进行其生长实验和光合生理功能研究。通过标记定量蛋白质组学技术(isobaric tag for relative absolute quantitation,iTRAQ)鉴定ClpP2调控的靶标蛋白,生物信息学分析底物蛋白参与的代谢通路,最后利用平行反应监测(parallel reaction monitoring,PRM)技术对部分定量数据进行验证。【结果】ΔClpP2可以在自然条件下光合自养生长至对数生长期,但高光或高温胁迫下则无法正常生长。相较于野生型,ΔClpP2有着显著降低的PSⅡ电子传递效率及PSⅠ环式电子传递活性。通过iTRAQ定量蛋白质组学手段,ΔClpP2相对于WT共鉴定到206个差异表达蛋白,其中131个上调、75个下调,为ClpP2蛋白酶提供了丰富的潜在底物库。基因本体论(gene ontology,GO)分析发现ClpP2主要参与各种物质的转运,其中ABC蛋白转运途径显著被富集。利用PRM技术对34个差异表达的蛋白进行了验证。【结论】ClpP2蛋白不是集胞藻生长所必需,但在高温或者高光胁迫下是必不可少的,其失活会降低集胞藻光合系统活性。ClpP2可能通过调控离子转运进而影响光合系统。ClpP2很可能与ClpX结合形成蛋白酶复合物。
ClpP(Casein lytic proteinase P)是一种广泛存在于真核细胞和原核生物中的丝氨酸蛋白酶,可与多种类型AAA+(ATPase associated with various cellular activity)超家族ATP酶组成多种ClpP蛋白酶复合物,其主要功能是清除或降解细菌胞内合成不当、受损伤、变性聚集或无用的蛋白,并维持正常代谢和压力刺激下胞内蛋白质的动态平衡。近年研究表明,细菌ClpP可协助病原菌在宿主体内生存、繁殖和播散,ClpP在细菌致病过程中发挥重要作用,其相关致病机制也受到广泛关注。近年,细菌对抗生素耐药性不断增强,已严重威胁人类健康,ClpP蛋白酶因其独特的蛋白水解作用而成为抗菌药物研究的新靶点。本文综述了ClpP在不同病原体中的结构、分子功能和不同作用以及相应药物开发方面的研究进展。
