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相關成果發表在《自然》雜誌

　　3月20日，意昂体育平台醫學院教授、生命學院兼職教授顏寧和生命學院王佳偉副研究員合作領導的科研小組，在《自然》（Nature）發表了名為Structure and mechanism of the uracil transporter UraA（尿嘧啶轉運蛋白UraA的結構和機製）的科研論文，在世界上首次解析了NAT（Nucleobase/Ascorbate Transporter，核苷堿基-維生素C轉運蛋白）家族蛋白UraA的晶體結構，由此解決了困擾廣大生物學家的一大難題。

　　各種核苷堿基(nucleobases)以及維生素C的吸收由一類跨膜轉運蛋白家族NAT蛋白介導。而他們通過怎樣的機製完成跨膜轉運，一直是個謎。核苷堿基-維生素C轉運（NAT）蛋白家族，又稱為核苷堿基-陽離子同向轉運載體2（NCS2）蛋白家族，在各種生物核苷堿基攝取的生理活動中發揮著重要作用。核苷堿基作為DNA、RNA的重要組成成分，是各種生物必需的分子，而維生素C則在人類健康中起著關鍵的作用，眾所周知，維生素C的攝入不足會導致壞血病。因此，知曉NAT家族蛋白的三維結構信息以及其發揮生理活性的機製結構至關重要。 顏寧研究組此次解析UraA的晶體結構及其機製則揭曉了這一謎底。

圖為UraA三維晶體結構

圖為UraA轉運機製模型

　　該科研小組研究人員經過結構分析，發現UraA在空間排布上呈現兩個明顯的結構域，即核心結構域和門控結構域。在已有的結構基礎上，他們通過大量的體內體外生化實驗進一步證明了該蛋白特殊結構的生理意義：蛋白底物尿嘧啶在跨膜轉運的過程中首先被準確地定位在兩個結構域之間，進而通過核心結構域和門控結構域之間的構像變化完成整個轉運過程。他們還發現了在底物識別共轉運中起關鍵作用的數個氨基酸。科研小組根據序列比較，進一步提出了NAT家族利用鈉離子或質子共轉運底物的分子機理。

　　顏寧教授率領的科研小組自建立以來即致力於對膜轉運蛋白結構，特別是營養物質——質子共轉運蛋白的結構與分子機理的研究。他們在2007年開始了對NAT家族蛋白的研究，首先選取了大腸桿菌尿嘧啶-質子共轉運蛋白（Uracil:proton Symporter）UraA這一該家族代表性成員作為研究對象，利用現代結構生物學的方法，終於在2010年4月首次獲得了UraA與底物尿嘧啶高達2.8埃的高分辨率三維精細結構。通過對三維晶體結構的分析，他們驚喜地發現：在擁有由14個跨膜片段形成的兩個反向重復序列的UraA蛋白中，存在著一種全新的蛋白折疊形式。在第3號和第10號跨膜片段間存在著一對反向平行的beta-折疊片，它們在蛋白結構的維持和蛋白底物的識別中發揮了重要作用。

　　這一發現基本顛覆了一直以來對於膜整合蛋白結構的認知。過去25年的膜蛋白結構生物學研究似乎表明，膜整合蛋白的跨膜區或者只有alpha螺旋，或者只有beta折疊。唯一的例外是S2P蛋白，其在膜邊緣處還有三個beta折疊，由於是出於蛋白邊緣，還一度被專家質疑是否是由於體外結晶造成的結構變相。而UraA的結構毫無疑義地證明這alpha螺旋和beta折疊兩種蛋白二級結構可以在膜蛋白的跨膜區中同時存在，這一發現為研究膜蛋白的折疊和進化提供了重要線索。

　　據悉，這是意昂体育平台結構生物學中心自2009年4月以來，作為通訊作者發的第10篇《自然》、《科學》、《細胞》論文。

　　附：文章發表鏈接：http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature09885.html

轉自 清華新聞網 2011年3月22日