中科院Nature文章解析重要转运蛋白

生物通报道  来自中国科学院上海生命科学研究院的研究人员在4月14日的《自然》（Nature）杂志上，发表了题为“Crystal structure of a folate energy-coupling factor transporter from Lactobacillus brevis”的研究论文，报道了来自短乳杆菌的一个叶酸能量偶联因子转运蛋白的晶体结构。

领导这一研究的是中科院上海生命科学研究院的张鹏（Peng Zhang）研究员。其主要研究方向是通过对蛋白质/复合物结构的解析，同时利用生物化学、生物物理学、遗传学等手段阐述蛋白发挥功能的分子机制。

ABC (ATP binding cassette)转运蛋白家族是一大类跨膜蛋白，其主要功能是利用ATP水解产生的能量将与其结合的底物排出细胞外。ABC转运蛋白超家族包含了100余种膜转运蛋白，广泛存在于细菌、植物和哺乳动物的各种细胞中，主要功能包括有毒物质的输出，营养物质的摄人，离子、多肽和细胞信号的转运等。大部分ABC蛋白都是由两个跨膜结构域和两个核苷酸结合结构域构成。

能量偶联因子转运（ECF）蛋白是一类新的ABC转运蛋白。每个ECF转运蛋白都包含一个能量偶联模体，由一个跨膜T蛋白(EcfT)，两个核苷酸结合蛋白（EcfA和EcfA′）和另一个跨膜底物特异性S蛋白(EcfS)构成。尽管与ABC转运蛋白相似，ECF转运蛋白还是具有一些不同的组合和功能特征。ECF转运蛋白与经典ABC转运蛋白显著的差异之一就是缺乏溶质结合蛋白。以往的研究曾揭示了EcfS蛋白RibU和ThiT的结构，清楚地表明了底物核黄素（维生素B2）和硫胺（维生素B1）的结合位点。然而对于ECF转运蛋白四个不同组件的组构以及运输机制仍不是很清楚。

在这篇文章中，研究人员报道了一个来自短乳杆菌完整叶酸ECF转运蛋白的分辨率为3 Å的晶体结构。这一结构呈现面向内（inward-facing）、无核苷酸，且没有底物结合的构象。结构分析结果表明，叶酸结合蛋白FolT与膜近乎平行，几乎完全与EcfT结合。EcfT采用了一种L形状，通过两个保守的XRX模体形成了EcfT偶联螺旋，借助两个偶联螺旋与EcfA和EcfA′连接，其在能量偶联中发挥至关重要的作用。这些研究结果为我们提供了FolT重要构象改变的一个模型。

此外，来自清华大学施一公研究组的研究人员同日也在Nature杂志上，发表了题为“Structure of a bacterial energy-coupling factor transporter”的文章，报道了他们对于来自短乳杆菌的一种无核苷酸ECF转运蛋白的最新研究结果(延伸阅读：施一公教授发表最新Nature文章）。这些研究结果对于深入了解ECF转运蛋白的底物的特异性识别以及跨膜转运的分子机制具有重要的意义。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Crystal structure of a folate energy-coupling factor transporter from Lactobacillus brevis

ATP-binding cassette (ABC) transporters, composed of importers and exporters, form one of the biggest protein superfamilies that transport a variety of substrates across the membrane, powered by ATP hydrolysis. Most ABC transporters are composed of two transmembrane domains and two cytoplasmic nucleotide-binding domains. Also, importers from prokaryotes usually have extra solute-binding proteins in the periplasm that are responsible for the binding of substrates1, 2. Structures of importers have been reported that suggested a two-state model for the transport mechanism……

作者简介：

张鹏

1998.9-2002.7 本科 山东大学生物化学与分子生物学系2002.9-2007.7 博士 中科院生物化学与细胞生物学研究所2007.7-2008.1 研究助理 中科院生物化学与细胞生物学研究所2008.2-2010.10 博士后 普林斯顿大学分子生物学系2010.10-现在 研究员 中科院上海生科院植物生理生态研究所  

研究方向： 通过对蛋白质/复合物结构的解析，同时利用生物化学、生物物理学、遗传学等手段阐述蛋白发挥功能的分子机制。研究内容主要包括：(1)ABC/ECF transporter 的跨膜转运机制。(2)来源于植物、微生物、昆虫的重要蛋白/复合物的结构生物学研究。