上海藥物所闡明金黃色葡萄球菌ClpP水解酶的分子機制

中科院上海藥物研究所抗菌交叉團隊研究人員針對金黃色葡萄球蛋白水解酶ClpP（SaClpP），開展水解功能的分子機制研究，繼2011年在美國生物化學和分子生物學學會專業期刊Journal of Biological Chemistry上發表論文（J Biol Chem, 2011, 286, 37590-601）之後，研究論文再次發表於該雜誌（J Biol Chem, 2013, 288, 17643–53）。

ClpP是細菌中關鍵的蛋白水解系統，由上下兩個七聚體自組裝成一個球形腔體，負責維持細菌體內蛋白質的穩態，對維繫細菌的致病力起著關鍵作用。現有研究表明，ClpP已成為一類針對新機制的抗菌新靶標，目前還沒有靶向調控劑處於臨床研究。繼該研究團隊獲得的SaClpP的兩種功能構象：Extended和Compressed構象的基礎上，羅成與楊財廣研究員指導博士生葉飛和張婕，以長時間分子動力學模擬為導向，結合生化實驗，闡明了SaClpP構象變化的具體路徑和驅動力；利用分子動力學捕捉到了SaClpP在兩種構象間轉化的中間態Compact構型，通過晶體結構的解析肯定了該中間構象的存在和合理性；再通過理論模擬發現了構象變化過程中的數個重要位點（如A140、E137等），得到了實驗驗證。

最終，本研究通過理論模擬與實驗驗證緊密結合，闡明了SaClpP的動態調控機制：多肽底物進入ClpP空腔後被催化位點降解，降解產物在活性中心的積累造成局部分子間相互作用方式的改變，引起活性位點殘基構象的變化，進而傳遞到附近的R171_D170網絡，使得該網絡中的相互作用也遭到破壞，Extended構型不能保持穩定，逐漸轉變成Compressed構型，該構型被E137網絡所穩定。在構象轉化過程中，Extended構型中的Helix E通過解旋/再摺疊的過程向Compressed構型轉化，A140在Helix E上扮演了一個「轉軸」的角色。

由於ClpP在不同細菌中高度保守，該研究結果對ClpP家族其它成員的結構及機制研究具有重要的參考意義，也為後續開展基於調控機制研究的化學生物學和抗菌藥物發現研究奠定了堅實的理論和結構基礎。

該研究得到了藥物所抗菌交叉團隊、國家自然科學基金委和科技部課題的資助，該研究也獲得了中科院網絡中心、天津和上海超級計算中心在計算資源上的支持。

論文連結

ClpP的各狀態結構在功能循環中的作用及關鍵胺基酸殘基