中國科大陶余勇/李旭團隊在金黃色葡萄球菌胞內(nèi)-胞外信息傳遞機制研究方面取得突破
2020年11月16日，中國科學技術(shù)大學微尺度物質(zhì)科學國家研究中心、生命科學學院陶余勇教授、李旭副教授團隊在美國科學院院刊《PNAS》在線發(fā)表題為“Interface switch mediates signal transmission in a two-component system”的研究論文，綜合運用生物化學和結(jié)構(gòu)生物學研究手段，揭示了胞外G6P信號通過金黃色葡萄球菌HptRSA傳感器復合物實現(xiàn)胞內(nèi)-胞外信號轉(zhuǎn)導的結(jié)構(gòu)機制。
為了適應不斷變化的環(huán)境，細菌必須迅速地將細胞外信息轉(zhuǎn)化為適當?shù)募毎麅?nèi)部反應。雙組分系統(tǒng)（TCS）是原核細胞將環(huán)境刺激轉(zhuǎn)化為細胞反應的主要信號轉(zhuǎn)導蛋白，它通常由膜包埋組氨酸激酶和胞質(zhì)反應調(diào)節(jié)器組成。HptRSA是一種新近發(fā)現(xiàn)的TCS，由G6P相關(guān)傳感器蛋白（HptA）、跨膜組氨酸激酶（HptS）和細胞質(zhì)效應器（HptR）組成。HptRSA介導葡萄糖-6-磷酸（G6P）攝取，支持金黃色葡萄球菌在不同宿主細胞內(nèi)的生長和增殖，但HptRSA傳感器復合物感知G6P信號并觸發(fā)下游反應的分子機制一直以來都還是個謎。
圖1：HptA-HptS信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)結(jié)合G6P信號前后的結(jié)構(gòu)變化
陶余勇/李旭團隊通過分別解析無底物狀態(tài)和G6P結(jié)合狀態(tài)的HptA結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)G6P可以結(jié)合于兩個HptA蛋白間的縫隙中，并能引起兩個HptA蛋白相互靠攏。HptA蛋白與HptS蛋白細胞周質(zhì)結(jié)構(gòu)域（HptSp）的復合物結(jié)構(gòu)顯示，HptA可以通過組成型界面以及另一個可切換界面與HptS進行不同形式的相互作用：不結(jié)合G6P的時候，HptA和HptSp遠離膜的一側(cè)結(jié)合，并導致兩個HptSp以相互平行的方式排列；當HptA結(jié)合了G6P以后，HptA與HptSp的結(jié)合位點切換至靠近膜的一側(cè)，引發(fā)HptSp旋轉(zhuǎn)，并使兩個HptSp的C末端相互靠近，進而引發(fā)胞外信號向胞內(nèi)轉(zhuǎn)導。在上述結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，陶余勇/李旭團隊結(jié)合對HptA和HptS突變體的生化和生長分析，提出了界面開關(guān)介導的G6P-HptRSA信號轉(zhuǎn)導機制。上述研究結(jié)果為細菌的營養(yǎng)感應機制提供了重要線索，擴展了學界對TCS傳遞外部信號的激活模式的理解。
圖2：HptA-HptS信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)的可能激活機制
汪明星博士和郭瓊博士為該論文的第一作者，陶余勇教授、李旭副教授為論文通訊作者。該研究受國家自然科學基金委面上項目、聯(lián)合基金項目和國家重點研發(fā)計劃資助。
論文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/11/13/1912080117
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