2026年10月9日,上海科技大学张璐团队联合伯明翰大学Gurdyal S. Besra、杜塞尔多夫大学Rainer Kalscheuer等,在Nature Communications在线发表题为《Recognition and mechanism of M. tuberculosis cell wall galactan transport》的研究。结核分枝杆菌细胞壁阿拉伯半乳聚糖是重要毒力因子和药物靶点,其脂连接半乳聚糖LLG的跨膜转运由WzmWzt催化,并且该过程能量不利。研究团队用冷冻电镜解析WzmWzt_Mtb多种构象,结合条件突变体功能实验,分析LLG识别和ATP依赖转运机制。
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研究团队在耻垢分枝杆菌中共表达Wzt和Wzm,引入Wzt E183Q后纯化复合物,获得NBD开放和闭合状态2.91 Å与2.78 Å的冷冻电镜图,并在DDM/ATP条件下得到2.61 Å结构。天然LLG结合状态下,两个LLG3密度沿TMD侧向开口延伸至NBD α螺旋结构域,LLG3含法尼基尾、焦磷酸-GlcNAc-Rha连接和三个半乳糖。每个LLG与两个Wzm和两个Wzt接触,Gal3进入NBD螺旋结构域和TMD Cp螺旋形成的负电腔,D105、R163、A109、E111、I108参与氢键,N110和P112参与范德华作用。R45、R48和K29围绕焦磷酸,R48A突变导致严重生长缺陷,R45A仍可回补,K29A生长受损。
LLG结合时,Wzt的gate helix完全向上延伸,插入TMD界面并与LLG作用,拉近NBD,为二聚化准备。ATP结合后,gate helix向下移动约40 Å,形成β链并与ABCβ亚域反平行,NBD二聚化,ATP位于Walker A和signature motif之间。TMD发生刚体转动,LG loop向二重轴内移1.8 Å,关闭胞质底物入口,TM5的F194、Q198、F201和F202开放形成转运腔。IF_N的R45上移,R48下移并远离正电LLG位点,底物结合腔塌缩,推动LLG向上转运。
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条件突变株Msn c-NBD-tetON和Mtb c-TMD-tetON用ATc调控,CFU、[14C]-LLG和LAM免疫印迹显示WT wzt回补恢复表型,E183Q不行,R163A缺陷,D105A恢复73.5%生长,E111A可救TMD突变,R48A和R185A必需。这些残基位于Wzm N端界面螺旋IF_N和Wzt螺旋结构域,体内功能实验证明其对LLG识别和转运必需。DDM/ATP结构中有两个DDM分子结合在Wzm中央腔,位于IF_N、TM1-3和TM5之间,可能对应中间态,DDM缺少焦磷酸和半乳糖,结合方式与天然底物不同。研究团队比较KpsMT、TarGH和WzmWzt_Aa等,提出LLG由界面锚定位点进入TMD腔,经gate helix动态和ATP驱动完成转运。
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