百日咳博德特氏菌血清抗性蛋白BrkA跨膜结构域的晶体学研究

百日咳是一种疫苗可预防，但对5岁以下儿童的致死率仍位于世界前五位的急性呼吸道传染病。据统计，全球每年约有2-4亿例感染，其中的儿童死亡人数在20-40万之间。在发展中国家和发达国家，它的致病率与致死率都很高。百日咳博德特氏菌（Bordetella pertussis）是百日咳的病原菌，其血清抗性是由103KDa的外膜蛋白BrkA（Bordetella resisitance to killing）赋予的。BrkA属于膜蛋白antotransporter家族，它N端70KDa的passenger 结构域通过C端30KDa的跨膜结构域在菌体外膜上形成的孔道，输出外膜并定位在菌体表面，阻止或封闭抗体与杀菌靶标的结合，实现菌体的抗血清能力。本项目将运用X-射线晶体学手段对BrkA跨膜结构域的三维结构展开研究，试图揭示其跨膜运输Passenger结构域的机制，为百日咳治疗药物的研发提供理论依据。

百日咳是一种具有高度传染性的人类疾病,它的病原体是革兰氏阴性菌---百日咳博德特氏菌. 该病原体的一种重要毒性因子BrkA(Bordetella serum-resistance killing protein A)作为自转运蛋白家族的一员,赋予病原菌血清抗性能力,并调节菌体与宿主的吸附. 在本项目研究中, 我们解析了BrkA β 跨膜结构域衍射分辨率达3埃的晶体结构. BrkAβ的三维结构是由12个反式 β片层形成的筒状结构,高约70埃,其椭圆横截面的尺寸为19埃×27埃. 其中胞外loop L4形成了一个特殊的发卡结构.观察BrkA β结构域在晶体中的排列方式,我们发现此结构正好插入相邻 BrkA β分子的孔道中.此外, 我们还首次发现了由loop L4与β-strands S5,S6形成的疏水腔. 分析表明这个疏水腔是所有自转运蛋白存在的普遍结构特征. 我们在结构分析的基础上设计了一系列突变体,并通过实验证明了该疏水腔对于BrkA passenger(毒性因子)的转运十分重要. 此晶体结构有助于正确理解自转运蛋白的分泌与组装机制,而且为抗百日咳药物设计提供了潜在的靶点.