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
來自清華大學的研究人員在新研究中解析了，轉(zhuǎn)運蛋白AdiC 介導pH依賴性底物轉(zhuǎn)運的分子機制。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《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。
清華大學的施一公（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用結(jié)構(gòu)生物學和生物化學的手段研究腫瘤發(fā)生和細胞凋亡的分子機制，集中于腫瘤抑制因子和細胞凋亡調(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等國際頂級期刊上發(fā)表了多篇論文，同時他也搭建起了以清華大學為中心的人才引入橋梁。去年當選為中科院院士。
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各自利用兩個分子元件：一個嵌入膜中的氨基酸反向轉(zhuǎn)運蛋白（antiporter）和一個胞質(zhì)脫羧酶來排出細胞內(nèi)的質(zhì)子。
AR3包含有一個氨基酸反向轉(zhuǎn)運蛋白AdiC，負責胞外L-精氨酸（Arg）與胞內(nèi)胍基丁胺（Agm）的交換。一個精氨酸脫羧酶AdiA，通過移除Argα-羧酸基團上的一個二氧化碳分子將Arg轉(zhuǎn)換為Agm。與AR3相似，AR2包含有一個反向轉(zhuǎn)運蛋白GadC，負責細胞外L-谷氨酸（Glu）與細胞內(nèi)γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid ，GABA）的交換。兩個Glu脫羧酶GadA和GadB將Glu轉(zhuǎn)變?yōu)镚ABA。AR2或AR3每一次轉(zhuǎn)運和脫羧循環(huán)都可以將細胞質(zhì)中的一個質(zhì)子排出至細胞外環(huán)境中，由此提高細胞內(nèi)pH，促進細菌在酸性環(huán)境下存活。
氨基酸反向轉(zhuǎn)運蛋白AdiC或GadC的轉(zhuǎn)運活性都嚴格地依賴于pH值。兩種轉(zhuǎn)運蛋白都只在pH值6.0或以下時顯示強大的轉(zhuǎn)運活性。在中性或更高的pH值下，AdiC或GadC均沒有顯著的轉(zhuǎn)運活性。盡管當前研究人員已獲得了一些關(guān)于AdiC的結(jié)構(gòu)信息，對于AdiC感知酸性pH的分子機制卻仍不完全清楚。
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)運分析技術(shù)，確定了Tyr74是AdiC中一個至關(guān)重要的pH感應器。他們證實AdiC變異體體Y74A在所有檢測的pH值上均顯示強大的轉(zhuǎn)運活性，并維持了對Arg:Agm嚴格的底物特異性。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。
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AdiC激活的運作模型：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感應器以及pH感應機制將推動理解細菌的pH依賴性耐酸機制。
