2024年3月28日，深圳國家感染性疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心藥物篩選平臺(tái)團(tuán)隊(duì)與上?？萍即髮W(xué)免疫化學(xué)研究所饒子和院士等團(tuán)隊(duì)合作，在Nature Structural & Molecular Biology雜志上在線發(fā)表了題為An oligopeptide permease, OppABCD, requires an iron–sulfur cluster domain for functionality的研究論文（DOI：10.1038/s41594-024-01256-z）。該研究率先揭示了結(jié)核分枝桿菌攝取寡肽的精確分子機(jī)制，并系統(tǒng)闡明了OppABCD的底物偏好性，為擬肽類抑制劑的設(shè)計(jì)奠定了重要的理論基礎(chǔ)。此項(xiàng)工作也是該合作團(tuán)隊(duì)近期繼闡明結(jié)核分枝桿菌雙功能轉(zhuǎn)運(yùn)體DppABCD的作用機(jī)制（Sci Adv，2024；DOI：10.1126/sciadv.adk8521）后針對(duì)結(jié)核分枝桿菌跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)研究取得的又一重要成果。
寡肽內(nèi)向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在細(xì)菌中廣泛存在，結(jié)核分枝桿菌中的OppABCD，通過攝取各種多肽為結(jié)核分枝桿菌提供營養(yǎng)，并幫助病原體逃避宿主免疫，是一個(gè)潛在的藥物靶點(diǎn)。研究團(tuán)隊(duì)通過冷凍電鏡技術(shù)解析了結(jié)核分枝桿菌寡肽轉(zhuǎn)運(yùn)體OppABCD在靜息（resting）狀態(tài)、結(jié)合內(nèi)源性寡肽的預(yù)轉(zhuǎn)運(yùn)（pre-translocation）狀態(tài)、結(jié)合寡肽和AMPPNP的預(yù)催化中間（pre-catalytic intermediate）態(tài)和結(jié)合ATP的催化中間（catalytic intermediate）態(tài)這四種功能狀態(tài)下的高分辨率三維空間結(jié)構(gòu)。OppABCD復(fù)合物結(jié)構(gòu)是首個(gè)被完整表征的寡肽內(nèi)向轉(zhuǎn)運(yùn)體的分子結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出與眾不同的C類底物捕獲蛋白OppA與轉(zhuǎn)運(yùn)子OppBCD的組裝方式。值得注意的是，結(jié)構(gòu)中還發(fā)現(xiàn)ATP水解酶OppD的兩個(gè)核苷酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域之間意外存在一個(gè)獨(dú)特的鐵硫簇（[4Fe-4S]）結(jié)合結(jié)構(gòu)域。此外，處于催化中間態(tài)的OppABCD結(jié)構(gòu)則呈現(xiàn)出了一種ABC內(nèi)向轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)（ABC importer）中少有的封閉構(gòu)象。
為進(jìn)一步揭示OppABCD的作用機(jī)制，首先，基于結(jié)構(gòu)、質(zhì)譜和底物刺激的ATPase活性等分析，作者系統(tǒng)闡明了OppABCD對(duì)于寡肽底物的識(shí)別和選擇偏好機(jī)制。隨后，通過生化實(shí)驗(yàn)和冷凍電鏡研究揭示了鐵硫簇結(jié)構(gòu)不僅參與復(fù)合物中OppD的組裝，其氧化還原狀態(tài)的改變還能調(diào)控OppABCD的轉(zhuǎn)運(yùn)活性。最后，綜合分析轉(zhuǎn)運(yùn)過程中四種中間狀態(tài)的構(gòu)象，作者提出OppABCD以經(jīng)典的“交替訪問”模式介導(dǎo)底物進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的分子機(jī)制。
綜上，該研究為細(xì)菌的多肽攝取提供了可視化的分子圖像，對(duì)底物長度和組成偏好性的全面剖析為擬肽類抑制劑的設(shè)計(jì)奠定了重要的理論基礎(chǔ)。更為重要的是，OppABCD通過鐵硫簇調(diào)控底物轉(zhuǎn)運(yùn)，這一重要發(fā)現(xiàn)刷新了對(duì)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)家族功能機(jī)制的認(rèn)知。
結(jié)核分枝桿菌OppABCD的三維結(jié)構(gòu)和底物轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制示意圖
上?？萍即髮W(xué)免疫化學(xué)研究所張兵副研究員、特聘教授饒子和院士、楊海濤教授以及深圳國家感染性疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心藥物篩選平臺(tái)楊曉琳副研究員為本文的共同通訊作者，楊曉琳副研究員和上?？萍即髮W(xué)博士生胡天煜為本文共同第一作者。
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