病原微生物研究获新进展
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中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所研究员丁建平教授与生理生态研究所赵国屏教授合作在英国《生物化学杂志》(Biochemical Journal)上发表最新研究成果。

研究小组揭示了病原微生物问号钩端螺旋体(Leptospira interrogans)中一条特殊的亮氨酸合成途径关键酶——甲基苹果酸合酶(citramalate synthase,CMS)的催化反应与反馈抑制的分子机制。

问号钩端螺旋体能引起一种在世界各地都广泛流行的人畜共患病——钩端螺旋体病(Leptospirosis)。在我国,“赖型问号钩端螺旋体”(L. interrogans Serotype lai)曾引起钩端螺旋体病的多次大流行,病人有高热、淋巴结肿大、咯血等症状,严重时可导致患者因肺部大面积溶血而死亡。

前人研究表明,钩端螺旋体体内有一种不同于绝大多数微生物的异亮氨酸生物合成途径——丙酮酸途径,关键酶CMS催化了该合成途径的第一步反应——丙酮酸与乙酰辅酶A的缩合。由于异亮氨酸属于人体不能合成的必需氨基酸,所以该途径可以成为研发针对问号钩端螺旋体的抗生素药物的作用靶标。另外,对它的结构解析可以为研究历史悠久、却仍未被完全理解的反馈抑制的变构调节机制提供更多的结构信息。

丁建平和赵国屏课题组合作,运用结构生物学和生物化学的方法分别研究了CMS的催化结构域与其底物丙酮酸、乙酰辅酶A、金属辅基的四元复合物的晶体结构,和CMS的调节结构域与反馈抑制剂异亮氨酸的复合物的晶体结构,以及全酶与这些配体相互结合的动力学性质。研究结果表明CMS的催化反应为羟醛缩合反应,其结合底物侧链的疏水口袋大小决定了酶对底物的高度专一性。抑制剂分子的侧链与周围氨基酸残基形成的疏水空间相契合,保证了抑制剂结合的特异性。抑制剂的结合可能导致调节结构域的二聚体接触面发生构象变化,并通过连接区诱导催化结构域的二聚体接触面和活性中心发生构象变化,从而影响底物和辅酶的结合,最终导致抑制的发生。这些研究结果不仅揭示了CMS的催化机理、底物识别和反馈抑制机制的分子基础,同时为以CMS为靶标的抗生素药物的设计提供了结构基础。

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