楊茂君課題組在《美國科學院院刊》在線發表論文

楊茂君課題組在《美國科學院院刊》在線發表論文

報導一種ABC胺基酸轉運蛋白的底物選擇性機制

清華新聞網4月7日電 4月7日，清華大學生命學院楊茂君教授研究組在《美國科學院院刊》（PNAS）在線發表了名為《結構生物學揭示ABC胺基酸轉運蛋白的底物選擇性機制》（Structural basis for substrate specificity of an amino acid ABC transporter）的科研論文。首次報導了一種胺基酸底物結合狀態下的ABC轉運蛋白複合物的晶體結構，對其功能特性和底物選擇性機制進行了研究，為更好的理解ABC轉運蛋白如何選擇與轉運底物提供了重要的線索。清華大學生命學院在讀博士生於傑和蓋景鵬為本文的共同第一作者，楊茂君教授為通訊作者。

ABC轉運蛋白（ATP-binding cassette transporter）作為最大的跨膜物質轉運蛋白超家族之一，廣泛存在於所有真核和原核生物中，它們利用水解ATP產生的能量，完成對小到各種離子大到蛋白的各種各樣物質的轉運。根據轉運方向的不同，ABC轉運蛋白可以分為importer和exporter兩大類。在細菌等原核生物中，ABC轉運蛋白主要位於細胞質膜上介導糖類、胺基酸、磷脂和多肽的轉運；在哺乳動物等高級生物中，ABC轉運蛋白在腸道、血腦屏障以及胎盤中廣泛分布，可以介導磷脂、親脂性藥物、膽固醇和其他小分子的轉運，在體內正常物質運輸以及排出外源有毒物質和代謝廢物的過程中發揮重要作用。ABC轉運蛋白基因發生突變後會導致多種疾病，包括腎上腺腦白質營養不良、囊胞性纖維症、視網膜變形、血膽脂醇過多以及膽汁阻塞等等。

 

ABC複合物同時轉運兩個底物的分子機制。

長久以來，對於ABC轉運蛋白的研究主要集中於其轉運機制的研究，即ABC轉運蛋白是如何利用水解ATP的能量來完成構象變化，進而來完成對底物的轉運，而對於ABC轉運蛋白的底物選擇性的機理仍不清楚。楊茂君課題組解析了騰衝嗜熱菌中的一種胺基酸ABC轉運蛋白Art(QN)₂及其結合蛋白ArtI的晶體結構，同時解析了Art(QN)₂與不同底物以及ATP結合狀態下的晶體結構，首次鑑定了ABC importer中跨膜區結構域（TMD）同時存在著兩個底物結合位點（圖）。序列分析表明，這一特點很可能是同源二聚體形式的ABC importer的共同特點。功能試驗表明，這些跨膜區底物結合位點關鍵胺基酸殘基的突變對於ArtI- Art(QN)₂ 複合物的ATPase的活性有著顯著影響。這些研究初步揭示了ABC importer同時選擇和轉運兩個底物的可能的分子機制（圖）。

德國洪堡大學的Johanna Heuveling博士和Erwin Schneider教授也參與了本文的部分研究。上海同步輻射及鳳凰工程基礎設施為晶體數據收集提供了及時有效的支持。本項目受到清華-北大生命聯合中心、國家自然科學基金委及科技部重大研究計劃的支持。

論文連結：http://www.pnas.org/content/early/2015/04/02/1415037112.full.pdf

 

供稿：生命學院 編輯：蕾蕾