上海生科院等揭示蛋白甘油3-磷酸脂酰转移酶的作用机制
近日，中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所李典范研究组、上海科技大学赵素文研究组合作，最新研究成果以Structural insights into the committed step of bacterial phospholipid biosynthesis为题，发表在Nature Communications上。研究解析了PlsY蛋白与底物、产物的共结晶高分辨率结构，提出一个全新的“底物协助催化”的脂酰转移机制。
PlsY的结构与催化机制。（a）两个底物在PlsY酶活性中心的相对位置。（b）“底物协助催化”机制。文献中认为组氨酸对甘油三磷酸进行去质子化继而引起酸碱催化反应，但结构显示组氨酸177与sn-1位羟基距离太远，不可能进行去质子化。组氨酸的这一功能由底物脂酰磷酸的磷酸头部部分完成，因此被称为“底物协助催化”。需要说明的是，两个底物来自两个不同的结构。
所有生物的磷脂合成的第一步都是由一个脂酰转移酶将脂酰基转移到甘油3-磷酸上，形成溶血磷脂酸。在细菌中，PlsY催化该步骤。PlsY蛋白是一个多次跨膜蛋白，不存在真核同源蛋白，与已知的脂酰转移酶不同，PlsY不使用acyl-CoA或acyl载脂蛋白作为脂酰基供体，而是采用脂酰磷酸作为供体。
该项研究应用脂立方相结晶技术，解析了PlsY的高分辨率结构至1.48埃。同时，该研究解析了PlsY与两个底物（甘油3-磷酸、脂酰磷酸）以及与两个产物（溶血磷脂、无机磷酸）的复合物结构。通过结构分析，研究人员提出“底物协助催化”机制，即脂酰磷酸激活甘油3-磷酸的羟基而引发亲核攻击，生成产物。与已知的脂酰转移机制不同的是，PlsY介导的催化不需要组氨酸作为Schiff碱，纠正了文献中的错误认识。此外，该研究建立了一个基于脂立方相双层膜的酶学分析方法，通过一个“无机磷酸检测器”蛋白的荧光变化，测定PlsY在该膜性介质中的活性，并设计多种生化实验和突变体对所提出的新催化机制进行验证。上海科技大学赵素文课题组通过计算手段印证了该催化机制。
研究工作得到了中科院、中组部青年千人计划、国家自然科学基金委员会以及上海市科委等的支持。
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项目成果
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