X射线晶体学揭示代谢调控新机制

　　来自普渡大学、霍华德休斯医学研究所的研究人员，运用X射线晶体学方法，揭示了大肠杆菌抑制麦芽糖转运蛋白摄入麦芽糖的机制，相关论文公布在6月16日的《自然》(Nature)杂志上。

　　领导这一研究的是普渡大学生物学系陈觉(Jue Chen)教授，其早年毕业于上海同济大学，2002年受聘于普渡大学建立自己的实验室以麦芽糖转运体为实验室的主要研究发现，于2007年Nature 杂志上发表了麦芽糖转运体结构重要成果。2008年成为了霍华德休斯医学研究院研究院。当前研究主要集中在探明细胞膜上转运蛋白的结构和功能上，对于治疗癌症和纤维囊泡症起关键作用。

　　在竞争性环境中有效的碳利用对于微生物的生存至关重要。为了尽可能充分地利用能源，细菌进化出了一套完善的控制系统，优先摄取碳水化合物支持快速生长。优先利用葡萄糖等速效碳源，抑制对第二碳源运输和代谢至关重要的蛋白质合成及活性，这种调控现象就称之为碳分解代谢物阻遏(carbon catabolite repression, CCR)。

　　在肠道细菌中，碳分解代谢物阻遏由葡萄糖特异性磷酸转移酶系统(phosphoenolpyruvate–carbohydrate phosphotransferase system ，PTS)的一个关键组成元件EIIAGlc所介导。PTS底物和其他容易代谢的碳源，可通过影响细胞内PEP与丙酮酸盐的比值来提高未磷酸化EIIAGlc水平。磷酸化的EIIAGlc可以刺激 cAMP合成，由此导致许多代谢分解基因转录激活。而未磷酸化的EIIAGlc则可直接结合抑制几种非PTS糖转运系统，包括麦芽糖转运蛋白MalFGK2、乳糖透过酶LacY、蜜二糖透过酶MelB和棉子糖透过酶RafB。未磷酸化的EIIAGlc还可通过结合一种对于甘油代谢至关重要的甘油激酶来阻止甘油摄取。数十年来，研究人员一直在致力解析EIIAGlc调控靶转运体的机制，然而由于缺乏EIIAGlc-转运蛋白复合物的结构数据，阻碍了开展深入的研究。

　　在这篇文章中，研究人员报告了大肠杆菌EIIAGlc与麦芽糖转运蛋白MalFGK2形成的复合物的晶体结构。这一分辨率为3.9 Å的结构显示：两个EIIAGlc分子与细胞质的ATPase亚基结合，以一种面向内(inward-facing)的构象稳定了转运蛋白，并阻止了对ATP水解至关重要的结构重排。研究人员还证实全长EIIAGlc与氨基端截断突变体之间的最大的半(half-maximal)抑制浓度相差60倍。研究结果表明，在晶体结构中呈现无序的氨基端区域，充当了膜锚定点提高了EIIAGlc在细胞膜上的有效浓度。

　　这些研究数据为我们揭示了在大肠杆菌中，重要的调控蛋白EIIAGlc通过变构抑制麦芽糖摄入的一个模型。