Nat Microbiol | 张璐/饶子和等合作揭示细胞壁前体生物合成的结构基础

2024-03-17

引言在结核分枝杆菌中，Rv3806c是一种参与细胞壁前体生产的膜结合磷酸核糖基转移酶(PRTase)。它催化磷酸戊基从焦磷酸核糖基转移到磷酸癸戊烯基，生成5-磷酸-β-核糖基-磷酸癸戊烯醇。尽管Rv3806c是一个有吸引力的药物靶点，但缺乏对该PRTase的结构和分子机制的了解。2024年3月15日，上海科技大学张璐、南开大学/清华大学/上海科技大学饶子和及英国伯明翰大学Gurdyal S. Besra共同通讯在Nature Microbiology 在线发表题为“Structural analysis of phosphoribosyltransferase-mediated cell wall precursor synthesis in Mycobacterium tuberculosis”的研究论文，该研究报告了Rv3806c在供体和受体结合状态下的冷冻电镜结构。在脂质环境中，Rv3806c是三聚体，形成类似UbiA的折叠。每个原聚体形成两个螺旋束，与结合的脂质一起，是体外PRTase活性所必需的。突变和功能分析表明，磷酸十戊烯基和焦磷酸磷酸核糖基分别结合Rv3806c的膜内腔和膜外腔，其结合方式与UbiA超家族酶不同。该研究提出了一个Rv3806c通过反转机制催化磷酸核糖转移的模型。这些发现为细胞壁前体生物合成提供了结构基础，可能具有抗结核药物开发的潜力。磷酸-α-核糖体-1-焦磷酸(PRPP)是生命所有领域使用的中心代谢物。它是核糖5-磷酸的一种活化形式，参与嘌呤和嘧啶核苷酸、氨基酸组氨酸和色氨酸以及辅助因子NAD和NADP的细胞生物合成。所有这些利用PRPP作为供体底物的反应都是由一组胞内酶催化的，统称为磷酸核糖基转移酶(PRTases)。在分枝杆菌属中，包括致命的人类病原体结核分枝杆菌(Mtb)，PRPP出人意料地用于细菌细胞壁的两种关键成分的生物合成，称为阿拉伯半乳聚糖(AG)和脂阿拉伯糖甘露聚糖(LAM)。具体来说，PRPP是由一种独特的膜结合PRTase Rv3806c催化的戊基磷酸供体，它负责将可溶性磷酸核糖基片段带到膜锚定的磷酸癸烯基(DP)上，生成5-磷酸-β-核糖基1-磷酸癸烯醇(DPPR)，这是β-阿拉伯糖基单磷酸癸烯醇(DPA)的前体。后者是一系列糖基转移酶-C超家族酶在AG和LAM生物合成中所利用的唯一已知的阿拉伯糖基供体，包括EmbA/B/C蛋白，已知的一线抗结核靶点药物乙胺丁醇(EMB)。因此，通过抑制DPA途径阻断细胞壁阿拉伯糖的合成是开发新药的理想途径。鉴于rv3806c对结核分枝杆菌的生存至关重要，且在人类中缺乏其同源物，Rv3806c被认为是抗结核治疗中一个有吸引力的靶点。在临床中，发现Rv3806c突变参与了Mtb中没有常见EMB突变的EMB耐药。这可能是由于DPA水平升高所致，尽管分子基础尚不清楚。Rv3806c在DPA生物合成中的核心作用和功能及Rv3806c的整体结构（Credit: Nature Microbiology）水溶性蛋白酶的分子基础已被广泛描述。然而，与其他已报道的PRTases相比，Rv3806c在膜内性质上是不同的，并且与后者没有明显的序列相似性。尽管Rv3806c在结核分枝杆菌细胞壁生物合成中起着核心作用，但其结构和分子机制尚不清楚。揭示Rv3806c的膜结合结构对于阐明它如何识别溶剂溶性PRPP并将磷酸核糖基片段转移到膜溶性DP以生成关键的DPR/DPA前体至关重要。该研究报道了来自Mtb的Rv3806c分别与其供体PRPP和内源性受体DP底物配合物的冷冻电镜结构。该研究为了解这种独特的膜结合PRTase的功能机制提供了一个重要的框架。原文链接https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41564-024-01643-8责编|探索君排版|探索君文章来源|“iNature”End往期精选围观一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版）热文Nature | 破除传统：为何我们需要重新思考肿瘤的命名方式热文Nature | 2024年值得关注的七项技术热文Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望热文CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述