上海光源用戶在《自然》發(fā)表兩項研究成果

清華大學醫(yī)學院教授顏寧研究組在Nature以Research Article的形式發(fā)表了題為Crystal structure of a bacterial homologue of glucose transporters GLUT1-4的研究論文，報道了人的葡萄糖轉運蛋白GLUT1-4在大腸桿菌中的同源蛋白XylE的晶體結構，并且運用生化手段對其工作機理進行了研究。

　　從低等微生物到高等動物如人類，葡萄糖代謝對于細胞維持正常生理功能有著至關重要的作用。但是葡萄糖無法自由通過由膦脂雙分子層構成的疏水細胞膜，細胞對葡萄糖的攝入需要借助于細胞膜上的葡萄糖轉運蛋白，其中一類屬于主要協(xié)同轉運蛋白超家族(Major Facilitator Superfamily,簡稱MFS)，它是大腦、神經(jīng)系統(tǒng)、紅細胞、各個器官中zui重要的葡萄糖轉運蛋白(glucose transporters,簡稱GLUT)。這類葡萄糖轉運蛋白家族包含多個成員，其中科學家對GLUT1、GLUT2、GLUT3、GLUT4這四個蛋白研究zui為深入，且證實與多種人類疾病的產(chǎn)生密切相關，如嬰兒癲癇發(fā)作、Fanconi-Bickel綜合癥、糖尿病、肥胖等。但是目前科學界對這一類重要蛋白的結構信息知之甚少。

　　顏寧領導的研究組一直將人體葡萄糖轉運蛋白及其在各物種中同源蛋白的結構與功能研究作為主要方向。XylE是大腸桿菌中負責將D-木糖以質子依賴的方式同向轉運進入細胞。它與人的GLUT1-4蛋白有著高達50%的序列相似性，進化上高度保守。利用上海光源生物大分子晶體學線站，顏寧研究組獲得了XylE與其兩個抑制劑的復合體結構，加上使用日本SPring-8光源獲得的XylE與底物D-木糖的復合物結構，共得到了三個復合物結構。

　　XylE蛋白的三維晶體結構呈現(xiàn)出典型的MFS家族折疊方式——由12個跨膜螺旋組成N端和C端兩個以假兩次軸對稱的結構域。與已知結構的MFS超家族其它成員不同，XylE呈現(xiàn)出一種向細胞外側開放、部分封閉的全新構象，并且具有一個*的由4個α螺旋組成的胞內(nèi)結構域。研究組在獲得的三個復合物的結構中找到了與底物結合的重要氨基酸殘基，并通過生化實驗分析，驗證了這些殘基在底物識別與轉運過程中起到的作用。

　　尤為重要的是，序列比對顯示這些殘基在GLUT1-4中*保守，從而*次揭示出GLUT1-4識別底物的分子基礎。利用計算機軟件同源建模，研究組搭建了人的GLUT1蛋白的三維結構。這一結構模型由于是以具有高度同源的XylE蛋白的晶體結構為基礎，比以往研究報道的結果更為準確。根據(jù)這個結構模型，研究組進一步研究了GLUT1-4與相關人類疾病相關的突變殘基的功能與致病機理。

上海光源用戶在《自然》發(fā)表兩項研究成果