解析蛋白酶体与去泛素化酶动态调控机制

方案标题：解析蛋白酶体与去泛素化酶动态调控机制

检测样品：蛋白酶体26S与去泛素化酶USP14

检测项目：大分子与超大复合物互作

应用领域： 生物

方案摘要：

北京大学毛有东教授团队通过时间分辨冷冻电镜技术，揭示了与去泛素化酶动态调控人源蛋白酶体（proteasome）的机制，并利用Monolith分子互作仪检测了在有底物和无底物的条件下，蛋白酶体26S与USP14的相互作用。

方案详情: 

去泛素化酶USP14是最主要的蛋白酶体调控分子，因此被认为是一个潜力巨大的癌症和神经退行性疾病的靶标。USP14通过可逆结合蛋白酶体26S被激活，剪切底物上的泛素链，然而这一过程速度极快，时间尺度在毫秒到秒之间。因此USP14被蛋白酶体激活并调控蛋白酶体功能的机制，一直是个世界级的科研目标。

为了阐明USP14与蛋白酶体26S之间的调控机制，毛有东研究团队通过大量的条件摸索，优化出一套时间分辨冷冻电镜技术的实验方案。最终获得了含时的45,193张USP14-26S复合体降解泛素底物过程中的冷冻电镜透射图样，挑取了超过300万个USP14-26S-泛素底物复合体的颗粒图像。

接下来，研究团队利用自主开发的人工智能高精度三维分类四维重建技术，捕获了USP14-26S复合体降解多泛素化底物过程的13种不同功能中间状态的高分辨率（3.0~3.6埃）非平衡构象，通过时间分辨冷冻电镜分析，重建了受控蛋白酶体的完整动力学工作周期。

图1 通过时间分辨冷冻电镜分析获取的USP14介导的蛋白酶体功能调控模型

在阐述USP14被蛋白酶体26S激活的机制的过程中，研究团队利用Monolith分子互作仪检测了有底物和无底物的条件下，蛋白酶体26S与USP14的相互作用。结果表明，蛋白酶体与全长USP14在底物Ubn-Sic1PY存在下时，解离常数为43.9 nM（图2 o），是无底物存在时（图2 l）的一半。蛋白酶体与UBL结构域 (图2 m)或 USP结构域（图2 n）的亲和力更低，解离常数分别为137 nM和 135 nM。由此验证了蛋白酶体与USP14及其UBL和USP结构域的相互作用，并且在底物存在时，亲和力增强。

图2 Monolith检测USP14与蛋白酶体结合

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