| C-反应蛋白的结构演化及功能适配机制研究 | |
| 成斌 | |
| Subtype | 博士 |
| Thesis Advisor | 吉尚戎 |
| 2021-12-06 | |
| Degree Grantor | 兰州大学 |
| Place of Conferral | 兰州 |
| Degree Name | 理学博士 |
| Degree Discipline | 生物物理学 |
| Keyword | C-反应蛋白 蛋白质演化 折叠 PC亲和 热稳定性 质量控制 分泌 |
| Abstract | 人C-反应蛋白（C-reactive protein, CRP）是典型的急性期反应蛋白，在组织损伤、感染和炎症反应中，其血液当中的循环浓度迅速上升。在临床上，常规的血清CRP值测量可以检测和监测许多人类疾病。CRP在宿主防御、清除外源物质和代谢功能方面都具有重要作用，其可通过依赖钙离子结合外源及自身含有磷酸胆碱（Phosphocholine, PC）的分子，进而激活经典补体途径。同时，CRP是一种系统发育高度保守的血浆蛋白，在脊椎动物和许多无脊椎动物中存在同源蛋白，参与对炎症的全身性反应。由于其保守的结构和在不同物种当中表达水平的巨大差异，使其作为一种研究蛋白质表达水平、折叠和结构演化的典型蛋白。 我们通过对11个进化节点（从甲壳类动物到人）CRP的比较发现，CRP的稳定性、折叠能力等物理特征与其活性（保守结构相关活性、变构相关隐藏活性）或物种演化顺序均无关联，因此并不符合结构约束模型。另一方面，CRP的表达水平在进化中发生了大幅变化（小鼠和大鼠是最常用的动物模型，但与人CRP的典型急性期表达模式（基线低水平，应激大幅高调）不同，小鼠和大鼠CRP表达的应激高调幅度有限（2~3倍），且小鼠CRP基线血浆水平仅为痕量，而大鼠CRP基线血浆水平却与人CRP应激水平相当），但并未伴随着保守结构及相关活性的相应变化（亚基序列、结构和PC识别在进化中高度保守），似亦不符合功能约束模型。 为了进一步研究蛋白质在表达水平和功能适配间的关系，以及主导蛋白进化的驱动因素，我们在毕赤酵母中表达并纯化得到了具有天然构象和活性的小鼠和大鼠CRP，系统研究了小鼠、大鼠和人CRP在结构和功能间的差异，包括同源建模和电镜重构比较蛋白形态和结构的差异，测定CRP在不同钙离子浓度和pH条件下的热稳定性、二硫键、抗脲变性、复性和配体结合能力等，比较结构和功能间存在的差异。在结构方面，三物种天然状态CRP在电镜下都呈现五聚体形态，结构和大小差异不显著，且同源建模比较显示亚基之间的差异也很小；在与配体结合方面，三个物种CRP与特异性配体PC的结合都表现为钙依赖性结合，与配体的亲和能力基本无差异；但其稳定性、复性和解聚能力存在巨大差异。同时在急性肝损伤和败血症动物模型中，CRP发挥重要而保守的保护功能。并且在将mCRP的隐藏活性纳入考虑后，人、小鼠和大鼠中CRP表达水平的变化似是为了维持功能表型的一致性——这符合功能约束模型，并提示mCRP才是主要功能形式。 生物物理模型表明，相比功能约束，结构约束在塑造蛋白质进化中起主导作用。对结构约束的选择与蛋白质表达水平密切相关，蛋白质表达水平与结构相关的活性共同决定了蛋白质的在体功能。CRP作为一种可溶性模式识别受体，几乎具有相同的三级结构，但不同物种间的表达水平差异很大。我们的研究结果表明，尽管不同物种（即人、大鼠和小鼠）体内CRP的水平存在多达两个数量级的差异，但CRP的在体功能却是异常保守的。这种明显的表达水平-功能适配间的失配，显然不能用CRP保守的天然结构相关活性来解释，但与CRP去折叠后的亚基隐藏活性密切耦合。这种模型不是以蛋白的折叠能力和稳定性等结构约束来进行选择的结果，而是通过以折叠决定簇介导的功能约束来实现的，该功能选择使具有受限的载体结构通过真核生物严格的分泌质量控制系统。因此，折叠决定簇构成了主要的功能约束，并以此来塑造 CRP 和其他分泌蛋白的进化。根据以上结果，我们提出了一个蛋白质折叠阈值模型，其中质量控制限制了与分泌蛋白功能选择相关的进化结构创新。 |
| Pages | 234 |
| URL | 查看原文 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | https://ir.lzu.edu.cn/handle/262010/493194 |
| Collection | 生命科学学院 |
| Affiliation | 生命科学学院 |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 成斌. C-反应蛋白的结构演化及功能适配机制研究[D]. 兰州. 兰州大学,2021. |
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