来自清华大学生科院的研究人员发表了题为“Crystal structure of the yeast metacaspase Yca1”的文章，报道了一种重要的蛋白酶：Yca1 metacaspase的晶体结构（分辨率为1.7 angstrom），并由此分析了这种酶的作用特点。相关成果公布在The Journal of Biological Chemistry杂志上。

 

这项研究由清华大学施一公研究组完成，施一公教授为通讯作者，这是这一研究组在结构生物学研究领域取得了又一重要成果。

 

在哺乳动物中，凋亡被一组蛋白酶caspases定向激活，导致特异性底物断裂，触发细胞死亡。而在酵母中，环境损伤、细胞内缺陷、预凋亡基因的异源表达诱导，具有典型凋亡特征的酵母细胞死亡，与一种caspase同系物：metacaspase紧密相关。研究显示，如果缺乏这种酶，那么就可以阻碍不同因素引起的酵母细胞死亡。

 

在芽殖酵母Saccharomyces cerevisiae中发现的唯一一个I型metacaspase，称为酵母caspase-1(YCA1)，由基因YCA1 或MCA1 (Yor197w)编码，是一种clan CD半胱氨酸蛋白酶。科学家们发现，虽然酵母是一种单细胞真核生物，但是也有细胞死亡进程，这种进程让人联想到细胞凋亡。

 

目前的研究显示Yca1在这些凋亡进程中扮演了重要的角色，不过其结构和功能依然是一个未解之谜。为了解开这个谜题，在这项研究中，研究人员揭示了Yca1 metacaspase的晶体结构（分辨率为1.7 angstrom），并从中证实了其与caspase相似的折叠。

 

但是研究人员也通过将其与典型caspase比对，发现Yca1可以在溶液和晶体结构中保持单体，Yca1具有一对额外的反平行β链，与其典型caspase核心结构的6个β链形成一个完整的β折叠层，阻止潜在的类似于典型caspase二聚体的形成。

 

除此之外，研究人员还发现了一个与之前认知不同的结构——之前的研究曾表明，Yca1在酵母中有一个自我催化处理的过程，细菌中的过表达也会导致Yca1自动分解成两部分。而研究则发现细菌表达的Yca1在纯化过程中已经发生自解，这个现象与以前报道的酵母表达的Yca1的现象一致；而在钙离子的催化下，Yca1能够发生进一步的酶解，这一方面阐述了Yca1是一个钙离子依赖的蛋白酶，另一方面证实了Yca1是I型metacaspase的假设。

 

这些研究数据表明，Yca1是一种钙离子激活的半胱氨酸蛋白酶，能在酵母胁迫应答过程中，消化特殊的底物。

 

这项研究成果是施一公教授研究组继3月份解析大肠杆菌谷氨酸:γ-氨基丁酸（GABA）反向转运蛋白 (GadC) 的晶体结构后的又一重要成果，是对caspase蛋白酶家族中metacaspase亚家族成员的结构信息空白的补充。