9月8日，《自然-通訊》（Nature Communications）在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心李典范研究組與復旦大學屈前輝課題組的合作完成的研究成果（Structures of Liganded Glycosylphosphatidylinositol Transamidase Illuminate GPI-AP Biogenesis），揭示了糖基磷脂酰肌醇（GPI）轉酰胺酶（GPI-T）復合物識別廣泛底物的結構基礎和防止意外剪切的自抑制機制。
GPI修飾是真核生物中普遍存在的翻譯后修飾。水溶性前體蛋白通過GPI修飾而錨定在細胞膜上，行使包括信號轉導、催化、細胞黏附等在內的基本生物學功能。GPI-T是GPI錨定蛋白（GPI-AP）生物合成途徑中的關鍵酶，是一個五元跨膜復合物，負責將前體蛋白C端的信號肽切除并將脂分子GPI連接到新暴露的C末端。與多數(shù)蛋白水解酶不同，GPI-T識別的肽段序列不具有序列唯一性，而僅有模糊的親疏水排列特征。它的切割位點（w位點）通常為側鏈較小的氨基酸，且切割位點至C末端疏水段由~10個親水氨基酸殘基的肽段相連（圖1a）。如何實現(xiàn)底物寬泛性與催化保真性這一“矛盾統(tǒng)一體”，是GPI-AP生物合成中重要的生化機制問題。
該研究組前期解析了人源GPI-T的2.53埃冷凍電鏡三維結構，揭示了其異源五聚體的組裝機制（圖1b），但GPI-T同時實現(xiàn)底物寬泛性（圖1a）與催化保真性的機制仍不明確。
若回答上述問題，需要解析GPI-T與底物（前體蛋白、GPI）或者與產(chǎn)物（GPI-AP、信號肽）的復合物結構。這是由于GPI分子目前尚不能通過化學方法合成。該團隊設計了細胞工程與蛋白質工程方法。研究通過基因敲除與點突變相結合的手段，將GPI-T復合體分別停留在“底物結合”和“產(chǎn)物結合”狀態(tài)，并解析了二者的高分辨率結構（圖2a、b）。結合活性分析體系，該工作揭示了GPI-T同時實現(xiàn)底物寬泛性與催化保真性這一“矛盾統(tǒng)一體”的機制。
研究表明，在保真性上，GPI-T使用一個自抑制環(huán)鎖定于非活性構象（圖2c）。同時，激活過程的構象變化需要打破數(shù)個氫鍵、鹽鍵相互作用并引入電荷及親疏水排斥。這種多重保護機制避免了因底物寬泛性而造成的意外水解。
研究顯示，底物結合GPI-T時，信號肽與復合體的結合提供結合能，促使GPI-T亞基以剛性移動為主的構象變化，啟動上述耗能的激活過程，打開自抑制環(huán)；同時，信號肽近催化部位的親水部分通過誘導契合的方式，促使GPI-T催化中心的精確重構（圖2d）。
進一步，該團隊設計了“功能增強突變體”和“功能喪失突變體”，證明了所提出的自抑制與底物結合誘導的激活機制。
此外，該工作還揭示了GPI-T識別寬泛性底物的結構基礎和催化的生化機制。
研究工作得到國家自然科學基金委員會和中國科學院的支持。
