上海光源用戶在《自然》發(fā)表兩項研究成果

清華大學醫(yī)學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，報道了人的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白GLUT1-4在大腸桿菌中的同源蛋白XylE的晶體結(jié)構(gòu)，并且運用生化手段對其工作機理進行了研究。

　　從低等微生物到高等動物如人類，葡萄糖代謝對于細胞維持正常生理功能有著至關(guān)重要的作用。但是葡萄糖無法自由通過由膦脂雙分子層構(gòu)成的疏水細胞膜，細胞對葡萄糖的攝入需要借助于細胞膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白，其中一類屬于主要協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白超家族(Major Facilitator Superfamily,簡稱MFS)，它是大腦、神經(jīng)系統(tǒng)、紅細胞、各個器官中zui重要的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白(glucose transporters,簡稱GLUT)。這類葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白家族包含多個成員，其中科學家對GLUT1、GLUT2、GLUT3、GLUT4這四個蛋白研究zui為深入，且證實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。但是目前科學界對這一類重要蛋白的結(jié)構(gòu)信息知之甚少。

　　顏寧領(lǐng)導的研究組一直將人體葡萄糖轉(zhuǎn)運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是大腸桿菌中負責將D-木糖以質(zhì)子依賴的方式同向轉(zhuǎn)運進入細胞。它與人的GLUT1-4蛋白有著高達50%的序列相似性，進化上高度保守。利用上海光源生物大分子晶體學線站，顏寧研究組獲得了XylE與其兩個抑制劑的復合體結(jié)構(gòu)，加上使用日本SPring-8光源獲得的XylE與底物D-木糖的復合物結(jié)構(gòu)，共得到了三個復合物結(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個跨膜螺旋組成N端和C端兩個以假兩次軸對稱的結(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)出一種向細胞外側(cè)開放、部分封閉的全新構(gòu)象，并且具有一個*的由4個α螺旋組成的胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域。研究組在獲得的三個復合物的結(jié)構(gòu)中找到了與底物結(jié)合的重要氨基酸殘基，并通過生化實驗分析，驗證了這些殘基在底物識別與轉(zhuǎn)運過程中起到的作用。

　　尤為重要的是，序列比對顯示這些殘基在GLUT1-4中*保守，從而*次揭示出GLUT1-4識別底物的分子基礎。利用計算機軟件同源建模，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，比以往研究報道的結(jié)果更為準確。根據(jù)這個結(jié)構(gòu)模型，研究組進一步研究了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理。

上海光源用戶在《自然》發(fā)表兩項研究成果