清華施一公院士發表最新PNAS文章

　　來自清華大學的研究人員在新研究中解析了，轉運蛋白AdiC 介導pH依賴性底物轉運的分子機制。相關論文“Molecular mechanism of pH-dependent substrate transport by an arginine-agmatine antiporter”發表在8月18日的《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。

　　清華大學的施一公（Yigong Shi）教授是這篇論文的通訊作者。施一公研究組主要致力于運用結構生物學和生物化學的手段研究腫瘤發生和細胞凋亡的分子機制，集中于腫瘤抑制因子和細胞凋亡調節蛋白的結構和功能研究、重大疾病相關膜蛋白的結構與功能的研究、胞內生物大分子機器的結構與功能研究。回國后這6年里，施一公在Nature等國際頂級期刊上發表了多篇論文，同時他也搭建起了以清華大學為中心的人才引入橋梁。去年當選為中科院院士。

　　諸如大腸桿菌、沙門氏菌和鼠疫桿菌一類的腸致病菌，都是依賴于復雜的耐酸性系統（acid-resistance systems, ARs）在胃極端酸性的環境中生存。在三種已知的ARs中，AR2和AR3的分子機制得到了更深入地解析。在大腸桿菌中，AR2和AR3各自利用兩個分子元件：一個嵌入膜中的氨基酸反向轉運蛋白（antiporter）和一個胞質脫羧酶來排出細胞內的質子。

　　AR3包含有一個氨基酸反向轉運蛋白AdiC ，負責胞外L-精氨酸(Arg)與胞內胍基丁胺(Agm)的交換。一個精氨酸脫羧酶AdiA，通過移除Argα-羧酸基團上的一個二氧化碳分子將Arg轉換為Agm。與AR3相似，AR2包含有一個反向轉運蛋白GadC，負責細胞外L-谷氨酸(Glu)與細胞內γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid ，GABA)的交換。兩個Glu脫羧酶GadA和GadB將Glu轉變為GABA。AR2或AR3每一次轉運和脫羧循環都可以將細胞質中的一個質子排出至細胞外環境中，由此提高細胞內pH，促進細菌在酸性環境下存活。

　　氨基酸反向轉運蛋白AdiC或GadC的轉運活性都嚴格地依賴于pH值。兩種轉運蛋白都只在pH值6.0或以下時顯示強大的轉運活性。在中性或更高的pH值下，AdiC或GadC均沒有顯著的轉運活性。盡管當前研究人員已獲得了一些關于AdiC的結構信息，對于AdiC感知酸性pH的分子機制卻仍不完全清楚。

　　在這篇文章中，研究人員借助于丙氨酸掃描誘變(alanine-scanning mutagenesis)和體外基于蛋白脂質體的轉運分析技術，確定了Tyr74是AdiC中一個至關重要的pH感應器。他們證實AdiC變異體體 Y74A在所有檢測的pH值上均顯示強大的轉運活性，并維持了對Arg:Agm嚴格的底物特異性。用苯丙氨酸（Phe）而非其他的氨基酸來替代 Tyr74，可以維持pH依賴性的底物轉運。

　　結合這些觀測結果與結構信心，研究人員確定了pH誘導AdiC激活的運作模型：質子之間的陽離子–π相互作用以及Tyr74的芳香族側鏈打破了AdiC封閉的構象，使得AdiC能夠感知pH值。鑒別出這一pH感應器以及pH感應機制將推動理解細菌的pH依賴性耐酸機制。