施一公最新Cell子刊文章：与经典不同的新机制

　　

生物通报道：来自清华大学生科院，生物膜与膜生物工程国家重点实验室的研究人员报道了硝酸盐/亚硝酸盐转运蛋白：NarU的晶体结构（分辨率为3.1Å），并分析了其结构和生化特征，指出这种转运蛋白具有一种与经典摇杆开关模型不同的转运新机制。

这一研究成果公布在Cell出版社全新开放获取期刊：Cell Reports杂志上，这是Cell出版社在Cell Stem Cell和Cell Host & Microbe两份期刊后的又一重要新成员。Cell Reports致力于报道整个生命科学领域的高质量研究成果，主要集中于短小，单个观点的文章，也接受标准长度的论文，因此这一期刊命名为Reports。

文章的通讯作者是清华大学生命科学院院长施一公教授，其研究组主要研究方向为运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞调亡的分子机制，与重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究，以及细胞内生物大分子机器的结构与功能研究等。

磷脂双层膜为细胞或细胞器提供了一道疏水屏障，其中的膜转运蛋白承担着营养物质吸收、代谢产物分泌、细胞与外界的物质信息交换以及产能耗能等一系列重要的生理活动。根据转运能量的来源可以将转运蛋白分为初级主动转运蛋白(primary active transporters)和次级转运蛋白(secondary transporters)。

其中次级转运蛋白利用由于物质在膜内外浓度不同造成的电化学渗透势能来转运底物，典型代表是主要协助转运蛋白超家族(major facilitator superfamily，MFS)。MFS超家族最初发现时被认为只在糖的吸收过程中起作用，随后的研究发现药物的外排系统、有机磷∶磷酸交换系统等中的蛋白也都属于这一超家族。

硝酸盐/亚硝酸盐的转运元件NarK和NarU也属于这一超家族的硝酸盐/亚硝酸盐转运家族（nitrate/nitrite porter family，NNP），在维持细菌体内的氮平衡中扮演了重要的角色，但是其结构和功能机制，至今科学家们仍然不清出。

在这篇文章中，研究人员报道了NarU的晶体结构（分辨率为3.1Å），并由此分析了其整体生化特性。研究人员发现非对称单元中NarUto的两个分子具有两种不同的构象状态：关闭和部分向内打开。其中底物硝酸分子似乎是通过4个高度保守的带点，或称极性氨基酸协调进行作用。

通过结构和生化试验分析，研究人员还找到了参与底物门控和转运的关键氨基酸。这些观察到的NarU构象差异，以及NNP家族的独特序列特征，都指出这一家族具有一种与经典摇杆开关模型（rocker-switch model，生物通译）似乎不同的转运新机制。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Structure and Mechanism of a Nitrate Transporter

The nitrate/nitrite transporters NarK and NarU play an important role in nitrogen homeostasis in bacteria and belong to the nitrate/nitrite porter family (NNP) of the major facilitator superfamily (MFS) fold. The structure and functional mechanism of NarK and NarU remain unknown. Here, we report the crystal structure of NarU at a resolution of 3.1 Å and systematic biochemical characterization. The two molecules of NarU in an asymmetric unit exhibit two distinct conformational states: occluded and partially inward-open. The substrate molecule nitrate appears to be coordinated by four highly conserved, charged, or polar amino acids. Structural and biochemical analyses allowed the identification of key amino acids that are involved in substrate gating and transport. The observed conformational differences of NarU, together with unique sequence features of the NNP family transporters, suggest a transport mechanism that might deviate from the canonical rocker-switch model.

作者简介：

施一公 博士
长江讲座教授，国家杰出青年基金获得者，“****”首批国家特聘专家
1985-1989 　清华大学生物科学与技术系，学士
1990-1995 　美国约翰霍普金斯大学医学院，分子生物物理学博士
1995 　 美国约翰霍普金斯大学医学院，博士后
1996-1997　 美国史隆凯特林癌症研究中心结构生物学实验室，博士后
1998-2001　 美国普林斯顿大学分子生物学系，助理教授
2001-2003　 美国普林斯顿大学分子生物学系，（终身）副教授
2003-2008　 美国普林斯顿大学分子生物学系，（终身）教授
2007-2008　 美国普林斯顿大学分子生物学系，Warner-Lambert/Parke-Davis教授
2008-至今 清华大学生命科学学院，教授、博导

主要科研领域与方向：
主要运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞调亡的分子机制，集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究
与重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究
细胞内生物大分子机器的结构与功能研究