6月27日，Nature communications 期刊在線發(fā)表了中國科學(xué)院生物物理研究所柳振峰研究組報(bào)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(xiàng)研究在國際上首次報(bào)道了CDP-DAG合成酶（Cds）膜蛋白家族的第一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)（分辨率為3.4埃），并對其活性中心的金屬離子結(jié)合位點(diǎn)、雙底物的結(jié)合位點(diǎn)及催化反應(yīng)機(jī)制進(jìn)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(nèi)，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(chǎn)物CDP-DAG，被下游的其它酶用于合成PG，PI和PS。在體內(nèi)，Cds蛋白被發(fā)現(xiàn)在磷脂酰肌醇介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的信使分子PIP2分子的循環(huán)再生中發(fā)揮關(guān)鍵作用，進(jìn)而參與昆蟲視覺反應(yīng)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(fā)現(xiàn)植物葉綠體中的Cds同源蛋白對于植物的光合自養(yǎng)是必需的。

　　經(jīng)過近四年的努力，柳振峰課題組解析了Cds家族的第一個(gè)結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)TmCdsA形成了穩(wěn)定的二聚體，該二聚體膜內(nèi)酶在底物依賴動力學(xué)分析中呈現(xiàn)出CTP誘導(dǎo)的變構(gòu)效應(yīng)。每個(gè)TmCdsA單體中含有九個(gè)跨膜螺旋，組成了三個(gè)結(jié)構(gòu)域。該膜內(nèi)酶的活性中心含有兩個(gè)金屬離子的結(jié)合位點(diǎn)，其中一個(gè)為Mg2+離子，另一個(gè)為K+離子。進(jìn)一步的突變體酶活實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果驗(yàn)證了晶體結(jié)構(gòu)中參與構(gòu)成活性中心的一系列重要極性氨基酸殘基。結(jié)果發(fā)現(xiàn)活性中心的核心包含了兩個(gè)保守的天冬氨酸殘基和與之結(jié)合的兩個(gè)金屬離子（Mg2+和K+）。此外，該項(xiàng)工作還首次在膜內(nèi)酶中發(fā)現(xiàn)一種雙開口的底物結(jié)合口袋，這一特征使得TmCdsA能夠同時(shí)接納水溶性和脂溶性兩種性質(zhì)和來源截然不同的底物分子。面向胞質(zhì)的開口使得TmCdsA能夠接收胞漿來源的CTP/dCTP分子，而面向膜內(nèi)的開口使得其能夠從膜上獲取疏水底物磷脂酸分子?；诮Y(jié)構(gòu)和功能分析的結(jié)果，論文中首次提出了一種類似于DNA聚合酶的雙金屬介導(dǎo)的CDP-DAG合成機(jī)制。

　　該研究得到了科技部“973”計(jì)劃、中國自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院“一三五”計(jì)劃和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）的資助。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人柳振峰為中組部“青年千人計(jì)劃”的首批入選者，獲得了該計(jì)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）。

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