X射線晶體學揭示代謝調控新機制

　　來自普渡大學、霍華德休斯醫學研究所的研究人員，運用X射線晶體學方法，揭示了大腸桿菌抑制麥芽糖轉運蛋白攝入麥芽糖的機制，相關論文公布在6月16日的《自然》(Nature)雜志上。

　　領導這一研究的是普渡大學生物學系陳覺(Jue Chen)教授，其早年畢業于上海同濟大學，2002年受聘于普渡大學建立自己的實驗室以麥芽糖轉運體為實驗室的主要研究發現，于2007年Nature 雜志上發表了麥芽糖轉運體結構重要成果。2008年成為了霍華德休斯醫學研究院研究院。當前研究主要集中在探明細胞膜上轉運蛋白的結構和功能上，對于治療癌癥和纖維囊泡癥起關鍵作用。

　　在競爭性環境中有效的碳利用對于微生物的生存至關重要。為了盡可能充分地利用能源，細菌進化出了一套完善的控制系統，優先攝取碳水化合物支持快速生長。優先利用葡萄糖等速效碳源，抑制對第二碳源運輸和代謝至關重要的蛋白質合成及活性，這種調控現象就稱之為碳分解代謝物阻遏(carbon catabolite repression, CCR)。

　　在腸道細菌中，碳分解代謝物阻遏由葡萄糖特異性磷酸轉移酶系統(phosphoenolpyruvate–carbohydrate phosphotransferase system ，PTS)的一個關鍵組成元件EIIAGlc所介導。PTS底物和其他容易代謝的碳源，可通過影響細胞內PEP與丙酮酸鹽的比值來提高未磷酸化EIIAGlc水平。磷酸化的EIIAGlc可以刺激 cAMP合成，由此導致許多代謝分解基因轉錄激活。而未磷酸化的EIIAGlc則可直接結合抑制幾種非PTS糖轉運系統，包括麥芽糖轉運蛋白MalFGK2、乳糖透過酶LacY、蜜二糖透過酶MelB和棉子糖透過酶RafB。未磷酸化的EIIAGlc還可通過結合一種對于甘油代謝至關重要的甘油激酶來阻止甘油攝取。數十年來，研究人員一直在致力解析EIIAGlc調控靶轉運體的機制，然而由于缺乏EIIAGlc-轉運蛋白復合物的結構數據，阻礙了開展深入的研究。

　　在這篇文章中，研究人員報告了大腸桿菌EIIAGlc與麥芽糖轉運蛋白MalFGK2形成的復合物的晶體結構。這一分辨率為3.9??的結構顯示：兩個EIIAGlc分子與細胞質的ATPase亞基結合，以一種面向內(inward-facing)的構象穩定了轉運蛋白，并阻止了對ATP水解至關重要的結構重排。研究人員還證實全長EIIAGlc與氨基端截斷突變體之間的最大的半(half-maximal)抑制濃度相差60倍。研究結果表明，在晶體結構中呈現無序的氨基端區域，充當了膜錨定點提高了EIIAGlc在細胞膜上的有效濃度。

　　這些研究數據為我們揭示了在大腸桿菌中，重要的調控蛋白EIIAGlc通過變構抑制麥芽糖攝入的一個模型。