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蛋白質晶體構造解釋細菌細胞壁重塑機制

        中央研究院生物化學研究所張崇毅博士團隊長期以蛋白質結晶及X射線繞射技術研究細胞內蛋白質水解之調控機轉, 最近該團隊成功分析一個負責調控細菌生長及分裂時細胞壁重塑所需要的一個蛋白水解酵素系統之晶體構造。論文已於本(2017)年11月15日發表於學術期刊《自然-通訊》(Nature Communications)。

        從蛋白質晶體構造顯示NlpI-Prc複合體是以脂蛋白(lipoprotein) NlpI的同源二聚體與兩個周間質(periplasmic) PDZ蛋白酶 Prc所組成。NlpI與Prc在細菌的外膜中形成複合體,將細菌外膜上的另一脂蛋白MepS降解。因MepS本身為調控細胞壁重塑所需的水解酵素,故此過程為調節細菌生長與分裂的必要機制。

        細胞壁為肽聚醣(PG)所組成的網狀結構,以為細胞提供結構支架 (圖A)。在細菌生長與分裂的過程中,為使PG重塑以配合細菌生長,水解酵素MepS將PG結構分解,提供空間以合成新的PG鏈。

        NlpI-Prc複合體是調節MepS活性的重要酵素 (圖B)。由蝴蝶狀的NlpI同源二聚體兩側各連結一個環狀的Prc 而組成。NlpI結構的一端有四個TPR (tetratricopeptide repeat) 區域會與Prc相互作用。Prc由C端和N端區域連接形成碗狀主體,並透過鉸鏈區域連接一個形如蓋子的PDZ區域,進而組成酵素的活性區。

        雖然Prc為負責降解MepS的酵素,但Prc本身卻無法與MepS結合。本研究發現NlpI其中一個TPR會負責與MepS結合,使MepS能進入NlpI與Prc二者形成的凹槽之間,Prc的鉸鏈區進而偵測MepS的尾端, 最後由PDZ區域的移動來促成MepS的分解。

        Prc與其他蛋白水解酵素之間最大的差異在於Prc獨特的碗和蓋的結構,此結構促進MepS的分解,進而調控PG重塑。鑑於PG重塑在細菌細胞生長週期的重要性,本研究闡明了脂蛋白在調節細胞壁酵素的重要角色, 並提出了新的抗菌劑開發方向。(郭巧宜 擬稿)

論文出處網站 : http://rdcu.be/yuDa

作者群 : Ming-Yuan Su, Nilanjan Som, Chia-Yun Wu, Shih-Chieh Su, Yi-Ting Kuo, Lu-Chu Ke, Meng-Ru Ho, Shiou-Ru Tzeng, Ching-Hao Teng, Dominique Mengin-Lecreulx, Manjula Reddy & Chung-I Chang

更新時間 : 2017.11.16


Updated 2017.11.16

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