研究揭示磷脂合成關鍵蛋白甘油3-磷酸脂酰轉移酶的作用機制

近日，中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所李典范研究組、上海科技大學趙素文研究組合作，最新研究成果以Structural insights into the committed step of bacterial phospholipid biosynthesis為題，發表在Nature Communications上。研究解析了PlsY蛋白與底物、產物的共結晶高分辨率結構，提出一個全新的“底物協助催化”的脂酰轉移機制。

所有生物的磷脂合成的**步都是由一個脂酰轉移酶將脂酰基轉移到甘油3-磷酸上，形成溶血磷脂酸。在細菌中，PlsY催化該步驟。PlsY蛋白是一個多次跨膜蛋白，不存在真核同源蛋白，與已知的脂酰轉移酶不同，PlsY不使用acyl-CoA或acyl載脂蛋白作為脂酰基供體，而是采用脂酰磷酸作為供體。

該項研究應用脂立方相結晶技術，解析了PlsY的高分辨率結構至1.48埃。同時，該研究解析了PlsY與兩個底物（甘油3-磷酸、脂酰磷酸）以及與兩個產物（溶血磷脂、無機磷酸）的復合物結構。通過結構分析，研究人員提出“底物協助催化”機制，即脂酰磷酸激活甘油3-磷酸的羥基而引發親核攻擊，生成產物。與已知的脂酰轉移機制不同的是，PlsY介導的催化不需要組氨酸作為Schiff堿，糾正了文獻中的錯誤認識。此外，該研究建立了一個基于脂立方相雙層膜的酶學分析方法，通過一個“無機磷酸檢測器”蛋白的熒光變化，測定PlsY在該膜性介質中的活性，并設計多種生化實驗和突變體對所提出的新催化機制進行驗證。上海科技大學趙素文課題組通過計算手段印證了該催化機制。

研究工作得到了中科院、中組部青年千人計劃、國家自然科學基金委員會以及上海市科委等的支持。