清華施一公院士發(fā)表最新PNAS文章
來源：生物通 2014-8-20 何嬙
來自清華大學(xué)的研究人員在新研究中解析了，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白AdiC 介導(dǎo)pH依賴性底物轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制。相關(guān)論文“Molecular mechanism of pH-dependent substrate transport by an arginine-agmatine antiporter”發(fā)表在8月18日的《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。
清華大學(xué)的施一公（Yigong Shi）教授是這篇論文的通訊作者。施一公研究組主要致力于運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)的手段研究腫瘤發(fā)生和細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制，集中于腫瘤抑制因子和細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能研究、重大疾病相關(guān)膜蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的研究、胞內(nèi)生物大分子機(jī)器的結(jié)構(gòu)與功能研究。回國后這6年里，施一公在Nature等國際頂級(jí)期刊上發(fā)表了多篇論文，同時(shí)他也搭建起了以清華大學(xué)為中心的人才引入橋梁。去年當(dāng)選為中科院院士。
諸如大腸桿菌、沙門氏菌和鼠疫桿菌一類的腸致病菌，都是依賴于復(fù)雜的耐酸性系統(tǒng)（acid-resistance systems，ARs）在胃極端酸性的環(huán)境中生存。在三種已知的ARs中，AR2和AR3的分子機(jī)制得到了更深入地解析。在大腸桿菌中，AR2和AR3各自利用兩個(gè)分子元件：一個(gè)嵌入膜中的氨基酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（antiporter）和一個(gè)胞質(zhì)脫羧酶來排出細(xì)胞內(nèi)的質(zhì)子。
AR3包含有一個(gè)氨基酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白AdiC，負(fù)責(zé)胞外L-精氨酸（Arg）與胞內(nèi)胍基丁胺（Agm）的交換。一個(gè)精氨酸脫羧酶AdiA，通過移除Argα-羧酸基團(tuán)上的一個(gè)二氧化碳分子將Arg轉(zhuǎn)換為Agm。與AR3相似，AR2包含有一個(gè)反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GadC，負(fù)責(zé)細(xì)胞外L-谷氨酸（Glu）與細(xì)胞內(nèi)γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid ，GABA）的交換。兩個(gè)Glu脫羧酶GadA和GadB將Glu轉(zhuǎn)變?yōu)镚ABA。AR2或AR3每一次轉(zhuǎn)運(yùn)和脫羧循環(huán)都可以將細(xì)胞質(zhì)中的一個(gè)質(zhì)子排出至細(xì)胞外環(huán)境中，由此提高細(xì)胞內(nèi)pH，促進(jìn)細(xì)菌在酸性環(huán)境下存活。
氨基酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白AdiC或GadC的轉(zhuǎn)運(yùn)活性都嚴(yán)格地依賴于pH值。兩種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白都只在pH值6.0或以下時(shí)顯示強(qiáng)大的轉(zhuǎn)運(yùn)活性。在中性或更高的pH值下，AdiC或GadC均沒有顯著的轉(zhuǎn)運(yùn)活性。盡管當(dāng)前研究人員已獲得了一些關(guān)于AdiC的結(jié)構(gòu)信息，對(duì)于AdiC感知酸性pH的分子機(jī)制卻仍不完全清楚。
在這篇文章中，研究人員借助于丙氨酸掃描誘變（alanine-scanning mutagenesis）和體外基于蛋白脂質(zhì)體的轉(zhuǎn)運(yùn)分析技術(shù)，確定了Tyr74是AdiC中一個(gè)至關(guān)重要的pH感應(yīng)器。他們證實(shí)AdiC變異體體Y74A在所有檢測的pH值上均顯示強(qiáng)大的轉(zhuǎn)運(yùn)活性，并維持了對(duì)Arg:Agm嚴(yán)格的底物特異性。用苯丙氨酸（Phe）而非其他的氨基酸來替代Tyr74，可以維持pH依賴性的底物轉(zhuǎn)運(yùn)。
結(jié)合這些觀測結(jié)果與結(jié)構(gòu)信心，研究人員確定了pH誘導(dǎo)AdiC激活的運(yùn)作模型：質(zhì)子之間的陽離子–π相互作用以及Tyr74的芳香族側(cè)鏈打破了AdiC封閉的構(gòu)象，使得AdiC能夠感知pH值。鑒別出這一pH感應(yīng)器以及pH感應(yīng)機(jī)制將推動(dòng)理解細(xì)菌的pH依賴性耐酸機(jī)制。
