磷脂合成過程中重要膜內酶Cds的結構與功能研究獲進展

發布時間：2014-07-01 14:17 原文鏈接：磷脂合成過程中重要膜內酶Cds的結構與功能研究獲進展

　　6月27日，Nature communications 期刊在線發表了中國科學院生物物理研究所柳振峰研究組報道的嗜熱古菌Thermotogamaritima來源的胞苷二磷酸-二脂酰基甘油（CDP-DAG）合成酶（TmCdsA）的研究成果，題為Structure and mechanism of an intramembraneliponucleotidesynthetase central for phospholipidbiosynthesis。該項研究在國際上首次報道了CDP-DAG合成酶（Cds）膜蛋白家族的第一個晶體結構（分辨率為3.4埃），并對其活性中心的金屬離子結合位點、雙底物的結合位點及催化反應機制進行了深入分析和探討。CDP-DAG合成酶廣泛存在于原核生物和真核生物體內，是磷脂酰甘油(PG)、磷脂酰肌醇(PI)以及磷脂酰絲氨酸(PS)合成過程的重要中間酶。它所催化生成的產物CDP-DAG，被下游的其它酶用于合成PG，PI和PS。在體內，Cds蛋白被發現在磷脂酰肌醇介導的信號轉導通路中的信使分子PIP2分子的循環再生中發揮關鍵作用，進而參與昆蟲視覺反應中的光感受過程和魚類的血管生成過程。并且，之前的研究還發現植物葉綠體中的Cds同源蛋白對于植物的光合自養是必需的。

　　經過近四年的努力，柳振峰課題組解析了Cds家族的第一個結構。研究發現TmCdsA形成了穩定的二聚體，該二聚體膜內酶在底物依賴動力學分析中呈現出CTP誘導的變構效應。每個TmCdsA單體中含有九個跨膜螺旋，組成了三個結構域。該膜內酶的活性中心含有兩個金屬離子的結合位點，其中一個為Mg2+離子，另一個為K+離子。進一步的突變體酶活實驗分析結果驗證了晶體結構中參與構成活性中心的一系列重要極性氨基酸殘基。結果發現活性中心的核心包含了兩個保守的天冬氨酸殘基和與之結合的兩個金屬離子（Mg2+和 K+）。此外，該項工作還首次在膜內酶中發現一種雙開口的底物結合口袋，這一特征使得TmCdsA能夠同時接納水溶性和脂溶性兩種性質和來源截然不同的底物分子。面向胞質的開口使得TmCdsA能夠接收胞漿來源的CTP/dCTP分子，而面向膜內的開口使得其能夠從膜上獲取疏水底物磷脂酸分子。基于結構和功能分析的結果，論文中首次提出了一種類似于DNA聚合酶的雙金屬介導的CDP-DAG合成機制。

　　該研究得到了科技部“973”計劃、中國自然科學基金、中國科學院“一三五”計劃和中科院戰略性先導科技專項（B類）的資助。項目負責人柳振峰為中組部“青年千人計劃”的首批入選者，獲得了該計劃的資助和支持。該論文的第一作者為劉秀穎（助理研究員）和尹妍（并列第一作者，博士研究生）。