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Nat Commun:中科院生化细胞所李典范研究组等合作揭示磷脂合成关键蛋白甘油3-磷酸脂酰转移酶的作用机制

摘要 : 2017年11月22日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communication》杂志在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所李典范研究组和上海科技大学赵素文研究组合作的最新研究成果“Structural insights into the committed step of bacterial phospholipid biosynthesis”

2017年11月22日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communication》杂志在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所李典范研究组和上海科技大学赵素文研究组合作的最新研究成果“Structural insights into the committed step of bacterial phospholipid biosynthesis”,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。李典范组实验员李振建和研究生汤艳楠是本文的共同第一作者。

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,而且,与已知的脂酰转移酶不同,PlsY不使用acyl-CoA或者acyl载脂蛋白作为脂酰基供体,而是采用脂酰磷酸作为供体。

本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,该研究还解析了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,即脂酰磷酸激活了甘油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,测定了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了验证。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。

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。

原文链接:

Structural insights into the committed step of bacterial phospholipid biosynthesis

原文摘要:

The membrane-integral glycerol 3-phosphate (G3P) acyltransferase PlsY catalyses the committed and essential step in bacterial phospholipid biosynthesis by acylation of G3P, forming lysophosphatidic acid. It contains no known acyltransferase motifs, lacks eukaryotic homologs, and uses the unusual acyl-phosphate as acyl donor, as opposed to acyl-CoA or acyl-carrier protein for other acyltransferases. Previous studies have identified several PlsY inhibitors as potential antimicrobials. Here we determine the crystal structure of PlsY at 1.48 Å resolution, revealing a seven-transmembrane helix fold. Four additional substrate- and product-bound structures uncover the atomic details of its relatively inflexible active site. Structure and mutagenesis suggest a different acylation mechanism of ‘substrate-assisted catalysis’ that, unlike other acyltransferases, does not require a proteinaceous catalytic base to complete. The structure data and a high-throughput enzymatic assay developed in this work should prove useful for virtual and experimental screening of inhibitors against this vital bacterial enzyme.

来源: Nature Communications 浏览次数:0

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