大肠杆菌脂蛋白二酰基甘油转移酶Lgt的结构与功能研究

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蛋白质的脂酰化修饰是生命界普遍存在的一种蛋白质翻译后修饰。细菌脂蛋白是脂蛋白前体蛋白经由脂酰化修饰而生成的在其氨基端携带有酰基链的一类膜周边蛋白。细菌脂蛋白在细胞形态维持、外膜蛋白的组装、信号转导、物质转运及对宿主细胞的入侵等方面发挥着重要的生理功能。  在革兰氏阴性细菌及部分革兰氏阳性细菌中,脂蛋白前体蛋白一般经由定位于细胞质膜内膜上的三种酶依次催化而成为成熟的脂蛋白。脂蛋白二酰基甘油转移酶Lgt是细菌脂蛋白生成途径中参与第一步反应所需要的酶。Lgt能够识别脂蛋白前体蛋白氨基端所特有的脂信号肽,并催化二酰基甘油基团从磷脂转移到脂信号肽中保守的半胱氨酸残基的巯基上的生化反应。相关研究表明,Lgt功能的缺失,会导致革兰氏阴性菌的彻底死亡及革兰氏阳性菌活力和致病能力的下降。因此,Lgt是研发新一代广谱型抗生素的潜在靶标。但是到目前为止,仍然没有关于Lgt三维结构、底物结合位点和催化机制的详细报道。  本课题中利用X-射线晶体学的方法,我们分别解析了1.6(A) Lgt与抑制剂棕榈酸和1.9(A) Lgt与底物磷脂酰甘油(PG)的复合物结构。结构表明,Lgt是具有7次跨膜螺旋的整合膜蛋白,其中央空腔内有两个底物结合位点,且竞争性抑制剂棕榈酸结合在脂类底物的第二位结合位点。我们建立了全新的基于GFP的Lgt体外活性实验,利用该实验确定了Lgt在磷脂中偏好PG作为底物,并且Lgt具有转运单酰基甘油基团的能力。通过lgt基因敲除后回补菌斑实验,我们明确了Lgt家族特征性模体具有结合磷脂类底物的功能;确定了R143和R239等关键氨基酸残基对于Lgt催化活性的必要性;中央空腔面向细胞质膜的两个开口是底物和产物的进出通道。结合结构信息和功能实验,我们提出了Lgt催化二酰基甘油基团转移反应的机制模型。
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