摘要: 7月18日，美國科學院院刊（PNAS）在線發(fā)表了中國科學院上海生命科學學習院植物生理生態(tài)學習所張鵬學習組和姜衛(wèi)紅學習組合作完成的學習論文，題為Molecular mechanism of environmental d-xylose perception by a ...
7月18日，美國科學院院刊（PNAS）在線發(fā)表了中國科學院上海生命科學學習院植物生理生態(tài)學習所張鵬學習組和姜衛(wèi)紅學習組合作完成的學習論文，題為Molecular mechanism of environmental d-xylose perception by a XylFII-LytS complex in bacteria。該學習通過解析梭菌質膜上負責感應木糖信號的雙組分調控復合體XylFII-LytS的晶體結構，結合生理生化與遺傳學分析，揭示了細菌感受重要五碳糖—木糖并調控其吸收利用的分子機制。 木糖是秸稈等木質纖維原料中除葡萄糖外最主要的糖組分，是自然界中儲量最豐富的五碳糖。如何使之為微生物高效利用并合成有用的化學品，是人們一直關注的問題。產溶劑梭菌是一類重要的工業(yè)微生物，它可以通過發(fā)酵產生丁醇、乙醇和丙酮等大宗化學品及生物燃料。盡管該菌可以利用一定量的木糖，但效率低下。在之前的學習中，姜衛(wèi)紅學習組發(fā)現(xiàn)在梭菌細胞內膜上存在一類保守的雙組分蛋白復合體XylFII-LytS，用于感受環(huán)境中的木糖并調控其利用。這是木糖代謝過程中的一個重要環(huán)節(jié)，但其分子機制卻知之甚少。 該項工作中，在學習員張鵬和姜衛(wèi)紅的指導下，李建戌等解析了拜氏梭菌中的木糖信號感應復合體XylFII-LytS周質空間結構域（XylFII-LytSN）在結合與不結合木糖狀態(tài)下的三維結構。通過對這些結構的比較與分析發(fā)現(xiàn)，木糖分子可以特異性地結合在XylFII蛋白上，并誘導其N端和C端結構域由開啟狀態(tài)轉變?yōu)殚]合狀態(tài)。這種構象改變進而誘導兩個XylFII-LytSN二聚體形成異源四聚體，成為有利于信號傳導的分子構架。因此推斷，結合兩分子木糖的XylFII-LytS異源四聚體是其活性形式，木糖信號經(jīng)由這一四聚體中的兩分子組氨酸激酶LytS傳導到膜內，通過激活應答調控蛋白啟動木糖ABC轉運蛋白XylFGH的表達來改善木糖的利用。進一步，學習團隊利用生理生化及遺傳學方法，通過定點突變目的蛋白的關鍵氨基酸殘基，并結合梭菌體內實驗和表型分析，證實了上述推斷。該學習揭示了細菌木糖信號感受及調控的內在分子機制，為這一重要五碳糖的利用和工業(yè)菌株的分子改造提供了新的思路和依據(jù)。 該學習得到了基金委和中科院的經(jīng)費支持。實驗數(shù)據(jù)收集工作得到了上海光源17U線站和國家蛋白質中心（上海）設施19U1/U2線站的支持與幫助。
