清华颜宁小组揭示岩藻糖转运蛋白结构与功能

2010-9-28 15:35 来源: 科学网
收藏到BLOG

  9月27日,清华大学医学院教授颜宁领导的研究组与生命学院王佳伟博士、龚海鹏博士合作在《自然》在线发表论文,报道大肠杆菌岩藻糖(L-fucose)转运蛋白(FucP)结构与功能的研究。

  FucP从属于Major Facilitator Superfamily (MFS)超家族。MFS超家族转运蛋白是一类非常古老、在各个物种中都起着重要作用的转运蛋白,目前已知一级序列的家族成员超过一万个,它们在营养物质和代谢产物的转运、细菌抗药性以及神经信号传导等各种生理过程中起着重要作用。由于MFS转运蛋白的重要生理功能,它们的结构与功能受到了广泛的关注。然而迄今为止,这个家族中只有三个蛋白的结构被报道,并且观测到的仅有向胞内开放与两端封闭两种构象。一直以来,为了证明最基本的转运原理适用于MFS家族,本领域迫切希望获得向胞外开放的MFS转运蛋白的构象。

  为理解MFS蛋白的工作机理,颜宁研究组选择了糖转运蛋白的代表FucP作为研究对象, FucP是一类依赖于质子梯度的同向共转运蛋白(Proton Symporter),具有高度的底物特异性。清华大学两位本科生党尚宇、孙林峰同学从三年级暑假开始着手研究该蛋白的结构与功能,经过一年半的探索,终于在2009年秋获得了FucP在3.1埃分辨率的晶体结构。此结构显示FucP处于向胞外开放的构象,这是第一个MFS家族的此类结构,原则上证明了MFS家族两个构象互变以转运底物的猜想。FucP分为N和C两个结构域,转运通道一目了然。非常有意思的是,N domain朝向转运通道一侧的表面电势主要为负电性,而C domain的表面则主要为疏水性和正电性。得到蛋白结构以后,在黄永鉴等同学的大力帮助下,他们又经过近半年的生物化学研究,揭示了FucP在底物识别和转运,以及质子传递偶联过程中起关键作用的残基D46和E135。这些研究显示,FucP与LacY存在着不同的质子传递机理,为理解MFS家族提供了一个新的重要研究系统。

  膜蛋白的结构生物学研究一直以来是结构生物学领域公认的重点及难点。1985年,第一个膜蛋白结构问世,当时共计仅有不到200个生物大分子结构。而时至今日,收录的近7万个生物大分子结构中,膜蛋白结构不到700个,其中新型的膜蛋白结构又只有250多个(),足见膜蛋白结构生物学研究的困难。清华大学结构生物学中心在过去两年间相继报道了3个新型膜蛋白的4个晶体结构,由于其创新性和重要性,四篇学术论文全部发表于《自然》或《科学》,为我国的膜蛋白结构生物学研究作出了重要贡献,其成果在国际结构生物学领域获得了充分关注。