2020-07-13 17:00 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
2020年7月8日，上海科技大學免疫化學研究所特聘教授饒子和院士與昆士蘭大學教授兼免化所訪問教授Luke Guddat的聯合科研團隊在國際頂尖學術期刊 Nature 發表題為「Structures of fungal and plant acetohydroxyacid synthases」的研究論文。
該項工作在國際上首次成功解析了植物和真菌的乙醯羥基酸合成酶的完整三維結構。乙醯羥基酸合成酶（AHAS）是目前世界範圍廣泛用於水稻、小麥和大麥作物的50多種商用除草劑的靶標，也是針對人類結核病致病菌（結核分枝桿菌）和侵襲性真菌病原體（白色念珠菌等）的新靶標。與抗生素一樣，除草劑（包括那些作用方式是AHAS的除草劑）的抗藥性問題逐漸產生並引發廣泛關注。因此，闡明這一重要催化酶的作用機制迫在眉睫。
乙醯羥基酸合成酶（AHAS；E.C.2.2.1.6）是支鏈胺基酸（BCAAs）生物合成通路中的第一個酶，催化生成L-纈氨酸、L-亮氨酸和L-異亮氨酸。乙醯羥基酸合成酶由兩個亞基組成：（i）一個含有FAD和ThDP的催化亞基，（ii）一個可以增強或降低催化亞基活性的調節亞基。調節亞基包含酶的反饋抑制劑——支鏈胺基酸的結合位點。調節亞基詳細作用機制的研究始於20世紀60年代，但至今仍是一個未解之謎。
在本研究中，研究團隊解析的釀酒酵母和擬南芥的乙醯羥基酸合成酶複合物結構顯示，調節亞基形成一個核心，催化亞基二聚體附著於其上，形成一個「馬爾他十字」的形狀（圖1）。這些結構揭示了催化亞基和調節亞基是如何通過相互作用為支鏈胺基酸的激活和反饋抑制提供一條通路，以及當它們結合在一起時如何增強活性。本研究還發現，結核分枝桿菌的乙醯羥基酸合成酶也存在類似的高度複雜的結構，從而證明了乙醯羥基酸合成酶的整體結構在生物的不同界中都是保守的。
這項成果是研究團隊超過15年研究工作的結晶。研究團隊在這個過程中克服了許多困難，包括靶蛋白的表達，複合物的純化和穩定，以及X射線晶體學和低溫電子顯微鏡樣品製備的優化等。
本研究成果是乙醯羥基酸合成酶研究領域的重要裡程碑。目前，研究團隊正充分利用這一結構和功能研究的成果，積極開發新一代的除草劑和抗菌劑。
昆士蘭大學的Thierry Lonhienne博士和Yu Shang Low是文章的第一作者，上科大免化所的訪問學生高巖和王權教授是本文的共同作者。本研究還得到了上海科技大學生物電鏡平臺、南方科技大學（深圳）低溫電鏡設備中心，以及昆士蘭大學顯微鏡和顯微分析中心的技術支持。
這是上科大免疫化學研究所今年繼1月15日的Nature文章、4月9日的Nature文章、4月10日的Science文章、4月22日的Science文章、4月23日的Science文章和5月22日的Cell文章後，發表的第7篇高水平文章。
圖1：ScAHAS和AtAHAS複合物的結構
圖2：結合位點的相互作用，以及AtRSU中L-纈氨酸以及L-纈氨酸結合後的冷凍電鏡圖。
文章連結：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2514-3
本文轉載自「上海科技大學」網站
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原標題：《【科技前沿】上科大饒子和等團隊解析植物和真菌的乙醯羥基酸合成酶結構》
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