生物治療國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董浩浩團(tuán)隊(duì)在 Nature Structural & Molecular Biology 上發(fā)表研究論文
近日，生物治療國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董浩浩研究員團(tuán)隊(duì)在國際期刊 Nature Structural & Molecular Biology（IF：12.109）上發(fā)表了題為 “Structural insights into outer membrane asymmetry maintenance in Gram-negative bacteria by MlaFEDB” 的研究論文，解析蛋白質(zhì)機(jī)器 MlaFEDB 的結(jié)構(gòu)和功能，揭示革蘭氏陰性菌維持外膜不對稱性的分子機(jī)理。
該研究工作由董浩浩研究員團(tuán)隊(duì)、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院冷凍電鏡中心主任張興教授團(tuán)隊(duì)及英國東安格利亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院董長江教授團(tuán)隊(duì)合作完成。論文第一作者為四川大學(xué)生物治療國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授唐曉迪博士、浙江大學(xué)冷凍電鏡中心負(fù)責(zé)人常圣海博士及四川大學(xué)博士研究生喬文為并列第一作者。該研究得到了四川大學(xué)魏霞蔚教授和朱曉峰教授團(tuán)隊(duì)的支持。四川大學(xué)生物治療國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和國家老年疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心為該論文第一單位和通訊作者單位。
該研究揭示多重耐藥細(xì)菌-革蘭氏陰性菌用于轉(zhuǎn)運(yùn)外膜磷脂成分從而維持外膜不對稱性結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)機(jī)器復(fù)合物MlaFEDB，與其底物磷脂、AMP-PNP和ADP結(jié)合狀態(tài)下的四個高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。通過對結(jié)構(gòu)的分析，細(xì)胞體內(nèi)功能研究，以及基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù) (FRET) 的體外磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)驗(yàn)，全面闡述該蛋白質(zhì)機(jī)器重要功能位點(diǎn)及其高效能的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。
細(xì)菌感染的耐藥性是醫(yī)學(xué)界的重大難題之一。革蘭氏陰性菌（銅綠假單胞菌、腸桿菌、鮑曼不動桿菌）是臨床常見，也是耐藥菌最為集中的一類致病菌。它們特有的外膜結(jié)構(gòu)在允許養(yǎng)分進(jìn)入的同時能有效屏蔽抗生素藥物的進(jìn)入，從而產(chǎn)生耐藥性。革蘭氏陰性菌外膜的選擇通透性歸結(jié)于其內(nèi)小葉磷脂層和外小葉脂多糖層的非對稱性的構(gòu)造。維持細(xì)菌外膜的非對稱性對于革蘭氏陰性菌的存活具有重要意義。非對稱脂質(zhì)維持蛋白MlaFEDBCA (Maintenance of lipid asymmetry) 通過回收細(xì)菌錯誤分布在外膜外小葉的磷脂來維持外膜非對稱性結(jié)構(gòu)，對于維持革蘭氏陰性菌外膜穩(wěn)定性起到了重要的作用。
該復(fù)合體在細(xì)菌內(nèi)膜和外膜之間形成轉(zhuǎn)運(yùn)通道。首先，外膜蛋白復(fù)合體MlaA/OmpF (C) 將外膜外小葉中的磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)給周質(zhì)蛋白 MlaC, 而MlaFEDB作為一個ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白，位于細(xì)菌內(nèi)膜上，負(fù)責(zé)通過ATP水解耗能的方式將周質(zhì)蛋白MlaC結(jié)合的磷脂進(jìn)行抽提，再將其轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)膜。有意思的是，該研究發(fā)現(xiàn)MlaFEDB的底物結(jié)合腔中結(jié)合磷脂親水頭的功能位點(diǎn)處于底物結(jié)合腔的中間位置，兩邊的氨基酸均為疏水殘基，這預(yù)示著磷脂將有可能以正反兩種方式結(jié)合。體外磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)驗(yàn)同時證實(shí)MlaFEDB參與磷脂雙向轉(zhuǎn)運(yùn)的可能性。不同的是，外膜磷脂向內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)需要依賴ATP能量，而將內(nèi)膜磷脂向外轉(zhuǎn)運(yùn)則是非能量的擴(kuò)散現(xiàn)象。該蛋白質(zhì)機(jī)器發(fā)現(xiàn)具有雙向轉(zhuǎn)運(yùn)可能的細(xì)菌ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白，雖然目前現(xiàn)階段 MlaFEDB更被相信其首要功能是通過消耗能量將外膜中的磷脂逆向轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)膜，以維持外膜結(jié)構(gòu)的非對稱性。此外，該研究通過突變和轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)驗(yàn)確定了多個提高細(xì)菌藥物敏感度的功能位點(diǎn)，這些功能位點(diǎn)可作為新型抗菌素設(shè)計(jì)的有效靶點(diǎn)?？傊撗芯繉Φ挚钩壖?xì)菌感染的新型藥物研發(fā)開辟了新方向，具有重要的指導(dǎo)意義。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41594-020-00532-y
作者：沈國波編輯：史杰蔚 周亮來源：科研三支部
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