揭示艰难梭菌毒素中别构可切换网络调控 β- 瓣定向机制，助力药物研发

《Proceedings of the National Academy of Sciences》：Allosterically switchable network orients β-flap in Clostridioides difficile toxins

为解决艰难梭菌（Clostridioides difficile）感染这一重大公共卫生威胁，研究人员开展了艰难梭菌毒素 B（TcdB）半胱氨酸蛋白酶结构域别构转换机制的研究。通过模拟和诱变实验，发现可切换的相互作用网络机制，该成果有助于针对 TcdB 自切割的药物开发。

　　艰难梭菌（Clostridioides difficile）感染是一种与医院和抗生素相关的细菌感染，对公共卫生构成重大威胁。一种治疗途径是通过靶向细菌的致病源 —— 艰难梭菌毒素 B（TcdB）来避免使用抗生素。本研究通过推导 TcdB 关键半胱氨酸蛋白酶结构域的详细机制，为这一目标提供了重要帮助，该结构域已被认为是可行的药物靶点。蛋白酶结构域包含一个可旋转的杠杆状区域，在两种相互排斥的相互作用网络之间切换。这种可切换网络为作用于 TcdB 的变构药物提供了特定设计策略，其机制可能也广泛适用于其他别构蛋白。别构蛋白在配体结合远离活性位点时会表现出功能响应。艰难梭菌毒素利用内源性辅因子肌醇六磷酸（myo-inositol hexakisphosphate）的别构结合，在靶细胞内协调自我切割。这种结合事件会诱导构象转变，主要影响杠杆状的 β- 瓣区域，该区域有两种已知取向。研究人员利用广泛的原子分子动力学模拟以及计算和实验诱变，揭示了这种别构转变的机制。该机制依赖于一个可切换的相互作用网络。最突出的相互作用对是 K600-E743，K600 的相互作用解释了约 70% 的别构效应。相互作用网络并非在两种终态之间逐渐转变，而是在活性和非活性状态下采用两种相互排斥的构型。类似的可切换网络可能更广泛地解释别构现象。这一机制尤其有助于开发针对艰难梭菌毒素自切割的药物。