3月13日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心范敏銳研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西湖大學(xué)吳旭冬研究員團(tuán)隊(duì)、復(fù)旦大學(xué)張金儒研究員團(tuán)隊(duì)和浙江大學(xué)蘇楠楠研究員團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）發(fā)表論文，首次解析病原體/植物葉綠體ATP（腺苷三磷酸）運(yùn)輸?shù)鞍椎娜S結(jié)構(gòu)及運(yùn)輸ATP的分子機(jī)制。這一研究為設(shè)計(jì)藥物治療相關(guān)疾病以及改造蛋白提高作物產(chǎn)量提供了重要思路。
ATP是腺苷三磷酸的簡(jiǎn)稱，是一種核苷酸，它是細(xì)胞內(nèi)的主要“能量貨幣”。所有生物體都依賴能量來(lái)維持基本的生理功能，而過(guò)去40多年研究發(fā)現(xiàn)，能量代謝缺陷的細(xì)胞內(nèi)寄生病原體可以從宿主細(xì)胞獲取ATP，但具體的分子機(jī)制一直不清楚。
以人體為例，人體中ATP的總量只有大約0.1摩爾。人體細(xì)胞每天的能量需要水解200-300摩爾的ATP，這意味著每個(gè)ATP分子每天要被重復(fù)利用2000-3000次。ATP不能被儲(chǔ)存，因?yàn)锳TP的合成后必須在短時(shí)間內(nèi)被消耗。如果病原體“瘋狂”獲取ATP，影響到正常細(xì)胞攝入ATP，那么人就會(huì)生病。
在自然界中，一類(lèi)特殊的病原體必須寄生在宿主細(xì)胞內(nèi)部才能存活，被稱為專性胞內(nèi)病原體。這些病原體包括沙眼衣原體（引發(fā)性傳播疾病和傳染性失明）、肺炎衣原體（引發(fā)非典型肺炎）、立克次氏體（引發(fā)流行性斑疹傷寒）及微孢子蟲(chóng)（在免疫力低下人群中引發(fā)微孢子蟲(chóng)?。┑?。
研究發(fā)現(xiàn)，這些專性胞內(nèi)病原體由于自身能量代謝能力退化，無(wú)法獨(dú)立產(chǎn)生足夠ATP，因此必須從宿主細(xì)胞獲取能量。在它們的細(xì)胞膜上存在一種特殊的蛋白質(zhì)——ATP/ADP（腺苷三磷酸/腺苷二磷酸）運(yùn)輸?shù)鞍祝∟TT），它能將宿主細(xì)胞的ATP轉(zhuǎn)運(yùn)到病原體內(nèi)部，并將ADP和磷酸根（Pi）運(yùn)回宿主細(xì)胞。病原體既能偷偷“竊取”宿主細(xì)胞能量，又能不讓宿主“覺(jué)察到”，從而實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)繁殖。
NTT蛋白對(duì)病原體生存有一定的重要性，早期研究提出若能抑制其活性，則可能開(kāi)發(fā)出新型抗生素或治療藥物。另一方面，增強(qiáng)葉綠體或淀粉體NTT蛋白的活性，可能提高植物光合作用效率，增加農(nóng)作物產(chǎn)量。然而，盡管NTT研究已有50多年，其具體的ATP識(shí)別和跨膜運(yùn)輸機(jī)制仍不清晰，阻礙了藥物設(shè)計(jì)和蛋白改造的進(jìn)展。
范敏銳團(tuán)隊(duì)與合作者首次解析了肺炎衣原體和植物葉綠體NTT蛋白的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)盡管二者來(lái)源不同，但三維結(jié)構(gòu)高度相似，印證了葉綠體NTT蛋白來(lái)源于衣原體的假說(shuō)。研究發(fā)現(xiàn)ATP（或ADP+Pi）結(jié)合位點(diǎn)位于NTT蛋白中央，由保守的氨基酸特異識(shí)別ATP。結(jié)合結(jié)構(gòu)分析和功能實(shí)驗(yàn)，研究表明NTT蛋白由N端和C端兩個(gè)相對(duì)剛性的結(jié)構(gòu)域組成，二者之間通過(guò)相對(duì)擺動(dòng)促進(jìn)ATP結(jié)合、跨膜運(yùn)輸和釋放。
據(jù)介紹，這一研究揭示了衣原體和葉綠體NTT蛋白識(shí)別及跨膜運(yùn)輸ATP的分子機(jī)制，為開(kāi)發(fā)針對(duì)專性胞內(nèi)病原體的新型抗生素提供了分子基礎(chǔ)，有助于改造NTT蛋白提升作物光合作用效率和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。
3月13日，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心范敏銳研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西湖大學(xué)吳旭冬研究員團(tuán)隊(duì)、復(fù)旦大學(xué)張金儒研究員團(tuán)隊(duì)和浙江大學(xué)蘇楠楠研究員團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）發(fā)表論文，首次解析病原體/植物葉綠體ATP（腺苷三磷酸）運(yùn)輸?shù)鞍椎娜S結(jié)構(gòu)及運(yùn)輸ATP的分子機(jī)制。這一研究為設(shè)計(jì)藥物治療相關(guān)疾病以及改造蛋白提高作物產(chǎn)量提供了重要思路。
ATP是腺苷三磷酸的簡(jiǎn)稱，是一種核苷酸，它是細(xì)胞內(nèi)的主要“能量貨幣”。所有生物體都依賴能量來(lái)維持基本的生理功能，而過(guò)去40多年研究發(fā)現(xiàn)，能量代謝缺陷的細(xì)胞內(nèi)寄生病原體可以從宿主細(xì)胞獲取ATP，但具體的分子機(jī)制一直不清楚。
以人體為例，人體中ATP的總量只有大約0.1摩爾。人體細(xì)胞每天的能量需要水解200-300摩爾的ATP，這意味著每個(gè)ATP分子每天要被重復(fù)利用2000-3000次。ATP不能被儲(chǔ)存，因?yàn)锳TP的合成后必須在短時(shí)間內(nèi)被消耗。如果病原體“瘋狂”獲取ATP，影響到正常細(xì)胞攝入ATP，那么人就會(huì)生病。
在自然界中，一類(lèi)特殊的病原體必須寄生在宿主細(xì)胞內(nèi)部才能存活，被稱為專性胞內(nèi)病原體。這些病原體包括沙眼衣原體（引發(fā)性傳播疾病和傳染性失明）、肺炎衣原體（引發(fā)非典型肺炎）、立克次氏體（引發(fā)流行性斑疹傷寒）及微孢子蟲(chóng)（在免疫力低下人群中引發(fā)微孢子蟲(chóng)病）等。
研究發(fā)現(xiàn)，這些專性胞內(nèi)病原體由于自身能量代謝能力退化，無(wú)法獨(dú)立產(chǎn)生足夠ATP，因此必須從宿主細(xì)胞獲取能量。在它們的細(xì)胞膜上存在一種特殊的蛋白質(zhì)——ATP/ADP（腺苷三磷酸/腺苷二磷酸）運(yùn)輸?shù)鞍祝∟TT），它能將宿主細(xì)胞的ATP轉(zhuǎn)運(yùn)到病原體內(nèi)部，并將ADP和磷酸根（Pi）運(yùn)回宿主細(xì)胞。病原體既能偷偷“竊取”宿主細(xì)胞能量，又能不讓宿主“覺(jué)察到”，從而實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)繁殖。
NTT蛋白對(duì)病原體生存有一定的重要性，早期研究提出若能抑制其活性，則可能開(kāi)發(fā)出新型抗生素或治療藥物。另一方面，增強(qiáng)葉綠體或淀粉體NTT蛋白的活性，可能提高植物光合作用效率，增加農(nóng)作物產(chǎn)量。然而，盡管NTT研究已有50多年，其具體的ATP識(shí)別和跨膜運(yùn)輸機(jī)制仍不清晰，阻礙了藥物設(shè)計(jì)和蛋白改造的進(jìn)展。
范敏銳團(tuán)隊(duì)與合作者首次解析了肺炎衣原體和植物葉綠體NTT蛋白的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)盡管二者來(lái)源不同，但三維結(jié)構(gòu)高度相似，印證了葉綠體NTT蛋白來(lái)源于衣原體的假說(shuō)。研究發(fā)現(xiàn)ATP（或ADP+Pi）結(jié)合位點(diǎn)位于NTT蛋白中央，由保守的氨基酸特異識(shí)別ATP。結(jié)合結(jié)構(gòu)分析和功能實(shí)驗(yàn)，研究表明NTT蛋白由N端和C端兩個(gè)相對(duì)剛性的結(jié)構(gòu)域組成，二者之間通過(guò)相對(duì)擺動(dòng)促進(jìn)ATP結(jié)合、跨膜運(yùn)輸和釋放。
據(jù)介紹，這一研究揭示了衣原體和葉綠體NTT蛋白識(shí)別及跨膜運(yùn)輸ATP的分子機(jī)制，為開(kāi)發(fā)針對(duì)專性胞內(nèi)病原體的新型抗生素提供了分子基礎(chǔ)，有助于改造NTT蛋白提升作物光合作用效率和農(nóng)業(yè)增產(chǎn)。
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