细菌usher家族外膜蛋白结构与功能研究

Usher 是革兰氏阴性细菌外膜上负责细菌菌毛等表面结构的分泌和组装的一类整合膜蛋白。菌毛直接介导病原菌和宿主细胞之间的相互作用，是细菌感染建立的第一步。菌毛生成由分子伴侣和usher 两类蛋白共同协作完成，代表了一种普遍存在的细菌蛋白质分泌系统（又称CU分泌途径）。过去15年，对菌毛亚基，分子伴侣以及他们的复合物的结构与功能有了比较详尽的了解。但膜蛋白usher 的分子结构以及它如何参与菌毛亚基跨膜分泌和组装还缺乏了解或存在争议。我们将在前期研究工作的基础上，结合X-射线衍射晶体学, 电镜，电生理和其他生物物理、生物化学手段，定义usher的功能单位，研究usher分泌孔道的开放机制和菌毛末端粘附分子（adhesin）激活usher 催化菌毛亚基聚合的机理等基本问题。这些研究不仅可以加深对CU分泌途径分泌机制的了解，而且有助于研发除抗生素以外的治疗细菌感染的新型药物。

细菌感染是致病菌或者条件致病菌侵入宿主体内，并生长繁殖，产生毒素及其他代谢产物所引起的全身性感染。近年来由致病性大肠杆菌引起的疾病越来越普遍，对人们的生命健康造成了严重的威胁。大肠杆菌1型菌毛是存在于细菌表面的重要结构，在细菌感染和致病的过程中起到关键的作用。随着研究的深入，人们对1型菌毛的结构与功能已经有了许多的了解，然而1型菌毛募集底物时激活通道的开启以及一系列的构象变化的分子机制仍然不是很清楚。.本项目通过X射线晶体学手段揭示了1型菌毛主要功能亚基FimDCFGH复合物的三维晶体结构，结合单分子荧光技术对FimD激活的分子机制及菌毛亚基的组装机理进行了深入的研究。运用结构与功能的综合手段，深入阐释了FimD由前体状态（ap-FimD）到激活状态（active FimD）的构象变化，FimD中 NTD、Plug、CTD1+2结构域之间的协同作用，以及特异性底物识别的分子基础。.本项目完成了预期目标，通过结构与功能相结合的手段揭示了1型菌毛FimD-FimC-FimF-FimG-FimH的结构基础与功能机制，对理解Chaperone-Usher家族蛋白组装及新型抗感染药物的设计提供了理论和实验基础。