清华大学接连发两篇Nature

　　

生物通报道：许多世界上的重要科学报道是首先出现在Nature杂志上的。比如首个合成生物学突破性成果，癌症基因组的公布等等，这些都是首先在Nature上刊登出来的具有历史意义的科学进展。在这一学术界著名的杂志上刊发文章从一个方面代表了业界对成果的肯定，近期清华大学在Nature杂志发表了两项重要的研究成果：

Structure and mechanism of the hexameric MecA–ClpC molecular machine

来自清华大学生命科学学院，医学院的研究人员最新又获得了结构生物学研究的新突破，他们报道原核细胞蛋白酶体调节亚基MecA-ClpC复合物的晶体结构与功能的研究，这为研究真核生物内更为复杂的泛素－蛋白酶体系统提供了方法论和实验基础。这一研究成果公布在Nature杂志上。

文章的通讯作者是清华大学生命科学院院长施一公教授，以及王佳伟副教授，共同第一作者是清华大学生科院在站博士后王丰和梅子青，这是清华大学生科院第一篇由博士后发表在Nature上的文章。这项研究在清华大学完成。

ATP依赖的可调控蛋白质水解广泛存在于大多数生命体中，对于及时清除机体内的垃圾蛋白以及调节蛋白具有十分重要的作用。原核生物中负责这一功能的蛋白酶体由调节亚基-Clp/Hsp100家族成员同催化亚基ClpP两部分组成。研究发现，Clp/Hsp100家族蛋白都是以六聚体形式执行功能。ClpC是Clp/Hsp100家族的重要成员， 含有两个AAA＋(ATPases associated with diverse cellular activities)结构域（核酸结合结构域），与该家族其它成员不同的是，ClpC的六聚体形成及其进一步的激活需要接头蛋白MecA的参与。利用ATP水解的能量，激活后的六聚体MecA-ClpC分子能够去折叠特异性蛋白质底物，并将生成的去折叠多肽链转运到ClpP中降解。但是，MecA如何介导ClpC形成六聚体并激活ClpC的分子机制一直都没有明确的解释。
 

Structure and mechanism of the uracil transporter UraA

核苷碱基(nucleobases)作为DNA、RNA的重要组成成分，是各种生物必需的分子，而维生素C则在人类健康中起着关键的作用，众所周知，维生素C的摄入不足会导致坏血病。多年研究证明各种核苷碱基以及维生素C的吸收由一类跨膜转运蛋白家族NAT（Nucleobase/Ascorbate Transporter）蛋白介导。然而一直以来生物学家们对于NAT家族蛋白完成跨膜转运的机制并不清楚。

核苷碱基-维生素C转运（NAT）蛋白家族，又称为核苷碱基-阳离子同向转运载体2（NCS2）蛋白家族，在各种生物核苷碱基摄取的生理活动中发挥着重要作用。但是很长时间以来，这一大类蛋白的三维结构信息以及其发挥生理活性的机制一直不得而知。

颜宁教授率领的科研小组自建立以来即致力于对膜转运蛋白结构，特别是营养物质：质子共转运蛋白的结构与分子机理的研究，他们在2007年开始了对NAT家族蛋白的研究，首先选取了大肠杆菌尿嘧啶-质子共转运蛋白（Uracil:proton Symporter）UraA这一该家族代表性成员作为研究对象，利用现代结构生物学的方法，终于在2010年4月首次获得了UraA与底物尿嘧啶高达2.8埃的高分辨率三维精细结构。通过对三维晶体结构的分析，他们惊喜地发现：在拥有由14个跨膜片段形成的两个反向重复序列的UraA蛋白中，存在着一种全新的蛋白折叠形式！在第3号和第10号跨膜片段间存在着一对反向平行的beta-折叠片，它们在蛋白结构的维持和蛋白底物的识别中发挥了重要作用。这一发现基本颠覆了一直以来对于膜整合蛋白结构的认知。过去25年的膜蛋白结构生物学研究似乎表明，膜整合蛋白的跨膜区或者只有alpha螺旋，或者只有beta折叠。唯一的例外是S2P蛋白，其在膜边缘处还有三个beta折叠，由于是出于蛋白边缘，还一度被专家质疑是否是由于体外结晶造成的结构变相。而UraA的结构毫无疑义地证明这alpha螺旋和beta折叠两种蛋白二级结构可以在膜蛋白的跨膜区中同时存在，这已发现为研究膜蛋白的折叠和进化提供了重要线索。

进一步结构分析表明UraA在空间排布上呈现两个明显的结构域，即核心结构域和门控结构域。在已有的结构基础上，他们通过大量的体内体外生化实验进一步证明了该蛋白特殊结构的生理意义：蛋白底物尿嘧啶在跨膜转运的过程中首先被准确地定位在两个结构域之间，进而通过核心结构域和门控结构域之间的构像变化完成整个转运过程。他们还发现了在底物识别共转运中起关键作用的数个氨基酸。科研小组根据序列比较，进一步提出了NAT家族利用钠离子或质子共转运底物的分子机理。

（生物通：万纹）