上海
YghJ是致病性大肠杆菌分泌的一种M60样金属肽酶，与黏液层降解、上皮定植、生物膜形成及致病过程密切相关。作为Ⅱ型分泌系统底物，YghJ需在跨越外膜前完成折叠并被转运。然而，它如何在分泌过程中避免过早或非靶向地发挥蛋白水解作用，以及如何转变为底物可及状态，此前一直缺乏清晰的结构解释。
近日，深圳大学谷金科团队在Protein & Cell发表题为Molecular basis for zymogen-like autoinhibition of the M60-like metallopeptidase YghJ的研究论文。团队利用冷冻电镜解析了YghJ两种构象状态的3.0 Å分辨率结构，揭示了其由酶原样自抑制状态向底物可及状态转变的分子基础。
研究发现，较完整的YghJ处于酶原样自抑制状态YghJZ。其N端LBD–IGD1–LBD片段形成夹钳样结构，包围C端M60样催化结构域，遮挡底物进入通道并屏蔽Zn2+催化中心。除保守催化残基His1303、His1307和Glu1321外，来自LBD的His236也参与Zn2+配位，使催化中心形成四配位构型，限制催化水分子的进入和配位。
N端片段去除后，YghJ形成底物可及状态YghJSA。此时催化中心暴露，Zn2+主要由保守催化残基配位，形成更有利于底物进入的开放微环境。结构比对显示，两种状态中的M60样催化结构域高度相似，活性位点暴露主要源于结构域间相互作用网络的重组。连接结构域LD中的Met910-Leu916 loop区域发生局部剧烈构象变化，表明其在开放构象形成过程中起到关键作用。
结构相似性分析还提示，PSBD和IGD2可能参与底物定位或识别，表明YghJ的底物选择性或由多个辅助结构域共同塑造。研究团队在内源表达条件下观察到与两种结构状态相对应的主要YghJ分子形式，为天然加工相关构象转换提供了支持。YghJSA的N端起始于Arg442邻近区域，该区域在YghJZ中具有较高柔性，并与既往报道的O-糖基化位点区域重叠，提示局部柔性和糖基化可能参与加工调控。不过，在当前实验条件下，分离纯化得到的YghJ尚未表现出明确的黏蛋白切割活性，因此其真实生理底物、具体加工位点以及触发这一转换的蛋白酶或其他因素仍有待进一步研究。
该研究首次为PF13402家族细菌金属肽酶的N端片段介导自抑制提供了清晰的结构例证，将经典的酶原样调控原则拓展至PF13402家族细菌金属肽酶，并为理解YghJ在分泌、成熟及致病过程中的功能调控提供了结构框架。相关结构也为未来通过阻断YghJ加工成熟或靶向其Zn2+催化中心干预相关致病过程提供了潜在思路。
深圳大学基础医学院副研究员张铭晖、博士后吴博雯为该论文的共同第一作者，深圳大学谷金科教授为通讯作者，深圳大学基础医学院研究生梁周柱、苏胤涛和彭华才参与了相关研究工作。南方科技大学冷冻电镜中心工程师高远瞩、许淑嫚和陈强为本研究的冷冻电镜数据采集提供了技术支持。
原文链接：https://doi.org/10.1093/procel/pwag059
制版人： 十一
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