cell?research報道鈷離子ECF轉運蛋白復合體的結構與機理

　　ABC轉運蛋白依靠分解ATP產生的能量驅動信號分子、營養物質、藥物分子等的跨細胞膜轉運，是生物體中最大的初級主動轉運蛋白家族。ECF轉運蛋白是近年來發現的一類新型ABC內向轉運蛋白，結構上由膜內底物特異結合蛋白EcfS和一個由跨膜蛋白EcfT和兩個胞內ATP結合蛋白組成的能量耦合模塊（或ECF模塊）組成，分為能量耦合模塊專用型(Group-I)和共享型(Group-II)兩類（圖1a）。專用型每個EcfS蛋白使用專一的ECF模塊，共享型多個不同的EcfS蛋白共享同一個ECF模塊。ECF轉運蛋白在細菌與植物中保守存在，介導微量營養物質的跨膜轉運。在前期工作中，張鵬課題組解析了多個共享型ECF轉運蛋白復合體的結構，闡釋了底物識別、模塊共享、跨膜轉運的分子機制。然而，人們對專用型ECF轉運蛋白的結構與機理缺乏了解。

　　中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態研究所研究人員選擇專用型ECF轉運蛋白的典型代表——跨膜轉運鈷離子的CbiMNQO為研究對象開展結構與機理的研究。CbiMNQO是由膜蛋白CbiM、CbiN、CbiQ和細胞質內的ATP結合蛋白CbiO組成的五亞基復合體（圖1a）。研究人員建立了基于質譜的體內轉運活性檢測系統，發現CbiMNQO的Co2+轉運活性需要N蛋白（圖1b）。在體外，N蛋白對復合體的ATP水解活性卻沒有影響，CbiM蛋白對復合體ATP水解活力則具有強的激活效應，且激活不依賴于底物Co2+的存在（圖1c）。研究人員解析了CbiMQO復合體2.8？分辨率的晶體結構（圖1d）。通過將CbiMQO復合體中底物釋放狀態的CbiM與之前報道的底物結合狀態的NikM進行比較，發現連接第2和第3個跨膜螺旋的L1 loop發生了顯著的構象變化（圖1e），可以作為底物進出CbiM的門控開關。進而，通過解析復合體中CbiO蛋白處于ATP結合狀態（關閉構象）的結構，并將之與CbiMQO復合體結構中處于ATP釋放狀態的CbiO結構（開放構象）進行比較，揭示了轉運復合體中CbiO蛋白在ATP結合與釋放過程中的構象變化（圖1f）。鑒于缺少CbiN不影響復合體的ATP水解活力，但卻喪失Co2+轉運活性的實驗結果，研究人員預測CbiN蛋白在CbiM與CbiQ的構象耦聯中起重要作用（圖1g）。這是首次對專用型ECF轉運蛋白復合體結構的報道，對理解不同類型ECF轉運蛋白的跨膜轉運機理具有重要意義。

　　上述研究成果于3月21日在線發表在《細胞研究》（cell research）上，中科院上海生科院植生生態所張鵬研究組博士研究生鮑志浩和齊曉峰為該論文的共同第一作者，研究員張鵬和清華大學教授王佳偉為論文的共同通訊作者。研究工作得到了上海生科院植生生態所研究員晁代印研究組和生物化學與細胞生物學研究所研究員李典范研究組的大力幫助。晶體衍射數據收集工作得到了國家蛋白質中心心19U1/18U1線站和上海光源17U線站的支持。該項目得到國家科技部、基金委和中科院的經費資助。