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生物物理所揭示細(xì)菌脂多糖跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理

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生物物理所揭示細(xì)菌脂多糖跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理

摘要: 　　4月10日，自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)（Nature StructuralMolecular Biology）在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物物理學(xué)習(xí)所學(xué)習(xí)員黃億華課題組的學(xué)習(xí)論文Structural basis for lipopolysaccharide extraction by ABC transpor ...

　　4月10日，自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)（Nature Structural  Molecular Biology）在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物物理學(xué)習(xí)所學(xué)習(xí)員黃億華課題組的學(xué)習(xí)論文Structural basis for lipopolysaccharide extraction by ABC transporter LptB2FG，解析了一種新型ABC transporter LptB2FG膜蛋白復(fù)合體的晶體結(jié)構(gòu)，初步揭示了這種新型ABC transporter從細(xì)胞膜上抽提脂多糖(lipopolysaccharide， LPS)分子的分子機(jī)制。
　　LPS又稱內(nèi)毒素，組成革蘭氏陰性細(xì)菌外膜的外小葉。脂多糖不僅是革蘭氏陰性細(xì)菌外膜的主要組成成分， 也是導(dǎo)致炎癥和人體天然免疫反應(yīng)的主要原因。一百多年來，科學(xué)家們對(duì)細(xì)菌脂多糖在胞質(zhì)中的合成已經(jīng)有了很深入的了解，但直到二十一世紀(jì)初，美國(guó)普林斯頓大學(xué)細(xì)菌遺傳學(xué)家、美國(guó)科學(xué)院院士Thomas Silhavy 和美國(guó)哈佛大學(xué)生物化學(xué)家Daniel Kahne等發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌脂多糖的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)以及在外膜上的組裝由七個(gè)脂多糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（LptA-G）負(fù)責(zé)完成。其中，LptB， LptF和LptG組成四聚體ABC transporter位于內(nèi)膜上，負(fù)責(zé)從內(nèi)膜外小葉抽提LPS，并通過LptC和LptA將LPS傳遞給位于外膜上的LptD-LptE復(fù)合體，最后完成LPS插膜組裝。脂多糖為所有革蘭氏陰性細(xì)菌生存所必需，因此對(duì)脂多糖分子轉(zhuǎn)運(yùn)與組裝相關(guān)蛋白復(fù)合體的結(jié)構(gòu)和功能學(xué)習(xí)不僅可以加深對(duì)革蘭氏陰性細(xì)菌外膜的生成機(jī)制的理解，也可以為研發(fā)新型抗生素應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的革蘭氏陰性細(xì)菌耐藥問題提供解決方案。
　　黃億華課題組在2014年解析了負(fù)責(zé)脂多糖在細(xì)菌外膜上轉(zhuǎn)運(yùn)和組裝的膜蛋白復(fù)合體LptD-LptE的2.4埃的高分辨率晶體結(jié)構(gòu)，初步闡明了脂多糖分子如何進(jìn)入到細(xì)菌的外膜的分子機(jī)理（Nature，2014）。經(jīng)過幾年努力，又成功解析了負(fù)責(zé)從內(nèi)膜抽提LPS的新型ABC transporter LptB2FG復(fù)合體的晶體結(jié)構(gòu)。在LptB2FG復(fù)合體中，LptF和LptG各包含一個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域（TMD），一個(gè)周質(zhì)側(cè)β-jellyroll結(jié)構(gòu)域和一個(gè)與LptB相互作用的α-螺旋。內(nèi)膜上的LptF和LptG的跨膜結(jié)構(gòu)域形成一個(gè)較大的外向開放的“V”型凹槽，結(jié)構(gòu)分析和功能實(shí)驗(yàn)初步表明LPS可能從LptF和LptG跨膜結(jié)構(gòu)域的接觸面進(jìn)入“V”型凹槽，在LptB結(jié)合和水解ATP提供能量基礎(chǔ)上，通過構(gòu)象變化將LPS轉(zhuǎn)運(yùn)到β-jellyroll結(jié)構(gòu)域中，完成LPS從內(nèi)膜的抽提過程。該項(xiàng)學(xué)習(xí)通過對(duì)LptB2FG復(fù)合體結(jié)構(gòu)和功能的分析，初步揭示了這種新型的ABC transporter從內(nèi)膜抽提脂多糖分子的分子機(jī)理，并定義LptB2FG為一類Type III ABC exporter，與Type I和Type II ABC exporter進(jìn)行區(qū)分。
　　黃億華為文章通訊作者，黃億華課題組博士生駱青山為文章第一作者，生物物理所“膜蛋白團(tuán)隊(duì)”章新政課題組、上海國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)中心李典范課題組和南京理工大學(xué)化工學(xué)院周敏課題組也參與了該學(xué)習(xí)。該學(xué)習(xí)工作得到了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、科技部重大研發(fā)計(jì)劃以及中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）的資助。

　　圖示： LptB2FG整體結(jié)構(gòu)生物物理所揭示細(xì)菌脂多糖跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理  |  責(zé)任編輯：蟲子
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