清华大学独家完成最新Nature文章

　　

生物通报道：来自清华大学生命科学学院与医学院，生物膜与膜生物工程国家重点实验室的研究人员报道大肠杆菌岩藻糖（L-fucose）转运蛋白（FucP）结构与功能的研究，为理解Major Facilitator Superfamily MFS）家族提供了一个新的重要研究系统。这一研究成果公布在Nature在线版上。

文章的通讯作者是来自清华大学的颜宁教授，以及王佳伟博士，前者早年毕业于清华大学生物系，2004年获得普林斯顿大学博士学位，2007年回国，任清华大学医学院担任教授，曾获得Science 和GE Healthcare评选的2005年“青年科学家奖”（北美地区）。

据清华大学介绍，FucP从属于Major Facilitator Superfamily (MFS)超家族。MFS超家族转运蛋白是一类非常古老、在各个物种中都起着重要作用的转运蛋白，目前已知一级序列的家族成员超过一万个，它们在营养物质和代谢产物的转运、细菌抗药性以及神经信号传导等各种生理过程中起着重要作用。由于MFS转运蛋白的重要生理功能，它们的结构与功能受到了广泛的关注。然而迄今为止，这个家族中只有三个蛋白的结构被报道，并且观测到的仅有向胞内开放与两端封闭两种构象。一直以来，为了证明最基本的转运原理适用于MFS家族，本领域迫切希望获得向胞外开放的MFS转运蛋白的构象。

为理解MFS蛋白的工作机理，颜宁研究组选择了糖转运蛋白的代表FucP作为研究对象，FucP是一类依赖于质子梯度的同向共转运蛋白（Proton Symporter），具有高度的底物特异性。清华生命学院两位本科生党尚宇、孙林峰同学从三年级暑假开始着手研究该蛋白的结构与功能，经过一年半的探索，终于在2009年秋获得了FucP在3.1埃分辨率的晶体结构。此结构显示FucP处于向胞外开放的构象，这是第一个MFS家族的此类结构，原则上证明了MFS家族两个构象互变以转运底物的猜想。FucP分为N和C两个结构域，转运通道一目了然。非常有意思的是，N domain朝向转运通道一侧的表面电势主要为负电性，而C domain的表面则主要为疏水性和正电性。得到蛋白结构以后，在黄永鉴等同学的大力帮助下，他们又经过近半年的生物化学研究，揭示了FucP在底物识别和转运，以及质子传递偶联过程中起关键作用的残基D46和E135。这些研究显示，FucP与LacY存在着不同的质子传递机理，为理解MFS家族提供了一个新的重要研究系统。

（FucP结构解析）

膜蛋白的结构生物学研究一直以来是结构生物学领域公认的重点及难点。1985年，第一个膜蛋白结构问世，当时共计仅有不到200个生物大分子结构。而时至今日，PDB收录的近7万个生物大分子结构中，膜蛋白结构不到700个，其中新型的膜蛋白结构又只有250多个（Membrane Proteins of Known 3D Structure），足见膜蛋白结构生物学研究的困难。清华大学结构生物学中心在过去两年间相继报道了3个新型膜蛋白的4个晶体结构，由于其创新性和重要性，四篇学术论文全部发表于《自然》或《科学》，为我国的膜蛋白结构生物学研究作出了重要贡献，其成果在国际结构生物学领域获得了充分关注。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Structure of a fucose transporter in an outward-open conformation

AbstractThe major facilitator superfamily (MFS) transporters are an ancient and widespread family of secondary active transporters1. In Escherichia coli, the uptake of l-fucose, a source of carbon for microorganisms, is mediated by an MFS proton symporter, FucP2, 3. Despite intensive study of the MFS transporters, atomic structure information is only available on three proteins and the outward-open conformation has yet to be captured4, 5, 6. Here we report the crystal structure of FucP at 3.1 Å resolution, which shows that it contains an outward-open, amphipathic cavity. The similarly folded amino and carboxyl domains of FucP have contrasting surface features along the transport path, with negative electrostatic potential on the N domain and hydrophobic surface on the C domain. FucP only contains two acidic residues along the transport path, Asp 46 and Glu 135, which can undergo cycles of protonation and deprotonation. Their essential role in active transport is supported by both in vivo and in vitro experiments. Structure-based biochemical analyses provide insights into energy coupling, substrate recognition and the transport mechanism of FucP.

作者简介：

颜宁 教授、博士生导师

1977年出生于山东。1996-2000年就读于清华大学生物系获学士学位；2000-2004年于普林斯顿大学分子生物学系攻读博士学位；2005-2007年于普林斯顿大学分子生物学系从事博士后研究；2007年受聘于清华大学医学院担任教授、博导。获得由 Science 和GE Healthcare评选的2005年“青年科学家奖”（北美地区）。

实验室的主要研究方向： 1.重要膜蛋白的结构与功能研究

2.胆固醇代谢调控通路的结构生物学和生物化学研究