上海光源用戶在《自然》發(fā)表兩項(xiàng)研究成果

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授顏寧研究組在Nature以Research Article的形式發(fā)表了題為Crystal structure of a bacterial homologue of glucose transporters GLUT1-4的研究論文，報(bào)道了人的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT1-4在大腸桿菌中的同源蛋白XylE的晶體結(jié)構(gòu)，并且運(yùn)用生化手段對(duì)其工作機(jī)理進(jìn)行了研究。

　　從低等微生物到高等動(dòng)物如人類，葡萄糖代謝對(duì)于細(xì)胞維持正常生理功能有著至關(guān)重要的作用。但是葡萄糖無(wú)法自由通過(guò)由膦脂雙分子層構(gòu)成的疏水細(xì)胞膜，細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝入需要借助于細(xì)胞膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，其中一類屬于主要協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白超家族(Major Facilitator Superfamily,簡(jiǎn)稱MFS)，它是大腦、神經(jīng)系統(tǒng)、紅細(xì)胞、各個(gè)器官中zui重要的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(glucose transporters,簡(jiǎn)稱GLUT)。這類葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族包含多個(gè)成員，其中科學(xué)家對(duì)GLUT1、GLUT2、GLUT3、GLUT4這四個(gè)蛋白研究zui為深入，且證實(shí)與多種人類疾病的產(chǎn)生密切相關(guān)，如嬰兒癲癇發(fā)作、Fanconi-Bickel綜合癥、糖尿病、肥胖等。但是目前科學(xué)界對(duì)這一類重要蛋白的結(jié)構(gòu)信息知之甚少。

　　顏寧領(lǐng)導(dǎo)的研究組一直將人體葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及其在各物種中同源蛋白的結(jié)構(gòu)與功能研究作為主要方向。XylE是大腸桿菌中負(fù)責(zé)將D-木糖以質(zhì)子依賴的方式同向轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞。它與人的GLUT1-4蛋白有著高達(dá)50%的序列相似性，進(jìn)化上高度保守。利用上海光源生物大分子晶體學(xué)線站，顏寧研究組獲得了XylE與其兩個(gè)抑制劑的復(fù)合體結(jié)構(gòu)，加上使用日本SPring-8光源獲得的XylE與底物D-木糖的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，共得到了三個(gè)復(fù)合物結(jié)構(gòu)。

　　XylE蛋白的三維晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出典型的MFS家族折疊方式——由12個(gè)跨膜螺旋組成N端和C端兩個(gè)以假兩次軸對(duì)稱的結(jié)構(gòu)域。與已知結(jié)構(gòu)的MFS超家族其它成員不同，XylE呈現(xiàn)出一種向細(xì)胞外側(cè)開(kāi)放、部分封閉的全新構(gòu)象，并且具有一個(gè)*的由4個(gè)α螺旋組成的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域。研究組在獲得的三個(gè)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)中找到了與底物結(jié)合的重要氨基酸殘基，并通過(guò)生化實(shí)驗(yàn)分析，驗(yàn)證了這些殘基在底物識(shí)別與轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中起到的作用。

　　尤為重要的是，序列比對(duì)顯示這些殘基在GLUT1-4中*保守，從而*次揭示出GLUT1-4識(shí)別底物的分子基礎(chǔ)。利用計(jì)算機(jī)軟件同源建模，研究組搭建了人的GLUT1蛋白的三維結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)模型由于是以具有高度同源的XylE蛋白的晶體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，比以往研究報(bào)道的結(jié)果更為準(zhǔn)確。根據(jù)這個(gè)結(jié)構(gòu)模型，研究組進(jìn)一步研究了GLUT1-4與相關(guān)人類疾病相關(guān)的突變殘基的功能與致病機(jī)理。

上海光源用戶在《自然》發(fā)表兩項(xiàng)研究成果