大肠杆菌Tat蛋白跨膜转运系统的结构生物学研究

蛋白质的跨膜转运是一个非常重要的生物过程。在细菌及植物叶绿体中，存在着一种特殊的蛋白质跨膜转运系统，它能够识别并转运带有双精氨酸特征序列信号肽的靶蛋白，因而被称为Tat(twin-arginine transport)系统。与传统的Sec转运途径不同，Tat系统能够将靶蛋白以完全折叠的状态，甚至是带有金属中心，或形成寡聚体的成熟状态进行跨膜转运。目前，对Tat系统转运蛋白质的分子机理仍然不清楚，尤其是目前尚无该系统各组分的高分辨率三维空间结构，极大地阻碍了对其机理的深入研究。在本项目中，我们计划应用液相核磁共振技术，辅以现代生化技术，对大肠杆菌Tat系统中各组分的相互作用，特别是结构与功能的关系等方面进行研究，初步阐明Tat系统进行蛋白质跨膜转运的分子机理。

蛋白质的跨膜转运是一个非常重要的生物过程。在细菌及植物叶绿体中，存在着一种特殊的蛋白质跨膜转运系统，它能够识别并转运带有双精氨酸特征序列信号肽的靶蛋白，因而被称为Tat (twin arginine transport)系统。与传统的Sec 转运途径不同，Tat 系统能够将靶蛋白以完全折叠的状态，甚至是带有金属中心，或形成寡聚体的成熟状态进行跨膜转运。目前，对Tat 系统转运蛋白质的分子机理仍然不清楚，尤其是目前尚无该系统各组分的高分辨率三维空间结构，极大地阻碍了对其机理的深入研究。在本项目中，我们应用液相核磁共振技术，辅以现代生化技术，对大肠杆菌Tat 系统中各组分的相互作用，特别是结构与功能的关系等方面进行研究，初步阐明Tat 系统进行蛋白质跨膜转运的分子机理。.我们按照本项目的研究计划，首先完成了蛋白质转运通道形成亚基TatA及其同源蛋白TatE蛋白的高分辨率单体结构解析。二者均由一个跨膜螺旋、一个两亲螺旋和一个无序的C端结构域组成，其中跨膜螺旋和两亲螺旋构成 “L型”构象。我们进一步通过生化手段构建了稳定的TatA蛋白二聚体，并完成了高分辨率二聚体结构解析。结果表明，TatA蛋白疏水螺旋和两亲螺旋均通过两个疏水性较高的侧面发生寡聚，该寡聚体形成方式有利于形成不同大小的通道复合体。同时，我们对该系统另一组分TatB蛋白进行了高分辨率三维结构解析，并通过结构比较和主链动力学数据分析阐明了该蛋白的结构柔性在底物蛋白识别和相互作用过程中的重要作用。综上所述，我们对Tat系统中重要组成蛋白TatA、TatE和TatB的溶液结构研究，为深入阐明Tat系统跨膜转运折叠蛋白的分子机理提供了重要的结构生物学基础。