新型MFS-MDR转运蛋白MdrP晶体结构解析及其多药物外排的分子转运机制研究
批准号:
32070031
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
姜巨全
依托单位:
学科分类:
微生物生理与生化
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
姜巨全
中文摘要
前期研究证实,MdrP与已鉴定MFS超家族成员同源性较低,为MFS超家族一个新成员。功能鉴定表明,该蛋白既可独立偶联质子实现多药物外排,也可偶联Na+显著提高其活性。然而,MdrP如何通过Na+/质子驱动MdrP的构象改变,进而实现多药物外排的分子机制仍然未知。申请人旨在通过MdrP原核表达和X衍射技术对其晶体结构予以解析,以揭示Na+及质子驱动该蛋白构象转变的结构基础;在此基础上,通过定点突变,结合功能互补和活性鉴定、质子释放及ITC等实验,鉴定MdrP负责结构稳定及药物、质子或Na+结合的重要残基,明确其质子和Na+转位途径及多药物结合位点,最终揭示MdrP的多药物外排分子机制。作为首个偶联Na+的MFS-MDR转运蛋白,本项目的开展不仅可揭示MFS超家族转运蛋白新型的多药物外排分子机制,而且可为人们基于MDR转运蛋白离子结合位点为药物靶点的抗微生物药物研制提供新的思路与启示。
英文摘要
Preliminary experiments showed that MdrP shares quite low identity with characterized major facilitator superfamily (MFS) transporters, indicating that this transporter is a novel MFS member. Functional analysis reveals that MdrP can achieve H+-coupled mutltidrug efflux activity independently, and its mutltidrug efflux activity also can be significantly enhanced. However, it is unclear how the conformational switch of MdrP is driven by the coupling to proton and Na+ to exhibit multidrug efflux activity. In this project, we plan to analyze the crystal structure of MdrP through the combination of prokaryotic over-expression with X-ray diffusion technique and discover the structural basis of conformational change driven by the coupling to proton and Na+. On the basis of the above results, we plan to carry out site-directed mutagenesis of amino acid residues, and functional complementation tests combined with activity assays for Na+/H+ antiport and multidrug efflux. Based on the above experiments, we will identify the important residues for the stability of extracellul ar-facing conformation, drug binding, H+ binding and Na+ binding, respectively. And we further plan to carry out H+ release and isothermal titration calorimetry (ITC) experiments using purified MdrP and variants to find out the ionic pathway for proton and Na+ and clarify the drug-binding sites, respectively. As the first Na+-coupled MFS-MDR transporter, the implementation of this project will be helpful to discover a novel mechanism of MFS transporters for H+ coupling and Na+ coupling to multidrug efflux, and also positively contribute to the recognizition of cationic binding sites as drug targets of MDR transporters for the development of antimicrobial drugs.
前期研究中,我们证实MdrP与已鉴定MFS超家族成员同源性较低,为MFS超家族一个新成员。功能鉴定表明,该蛋白既可独立偶联质子实现多药物外排,也可偶联Na+显著提高其活性。然而,MdrP如何通过Na+/质子驱动MdrP的构象改变,进而实现多药物外排的分子机制仍然未知。我们首先明确MdrP是Na+与质子偶联的多药物外排蛋白,也可以独立于Na+单独实现质子偶联药物外排。重要的发现是,MdrP能以药物/Na+逆向转运模式下输出诺氟沙星,这在MFS成员中尚属首次报道。我们首次提出了MFS-MDR转运蛋白的新型Na+和H+偶联机制:MdrP蛋白具有两条独立的离子转位途径,分别为D244>D127与D244>D223,分别用于质子与Na+的向内转位,两条转位途径缺一不可,共同行使功能用于驱动诺氟沙星的外排。此外,我们明确了相对完整的MdrP识别并捕捉药物底物诺氟沙星的“V”型口袋轮廓。在此基础上,进一步提出基于MFS折叠的新型Na+/H+逆向转运机制,即质子通过上述两条途径同时向内转位,用以驱动Na+经由D223>Q238-Q242途径的外排。这与已鉴定的Na+/H+逆向转运蛋白机制完全不同。本研究颠覆了MFS-MDR转运蛋白曾被认为仅通过偶联质子向内转位而输出药物的认知,首次鉴定了该家族蛋白MdrP能以药物/Na+逆向转运模式外排药物,并首次提出了全新的通过两条独立途径转位离子驱动底物输出的转运机制。以上结果均具有原始创新性。作为首个偶联Na+的MFS-MDR转运蛋白,本项目的开展不仅揭示了MFS超家族转运蛋白新型的多药物外排分子机制,而且为人们基于MDR转运蛋白离子结合位点为药物靶点的抗微生物药物研制提供了新的思路与启示。
新型CDF家族蛋白CdffT的晶体结构解析及其结构-功能关系分析
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批准号:31770051
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项目类别:面上项目
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资助金额:55.0万元
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批准年份:2017
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负责人:姜巨全
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依托单位:
依赖Na+的新型PiT家族转运蛋白SdpsT的功能鉴定及其重要氨基酸残基的功能分析
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批准号:31570045
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项目类别:面上项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2015
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负责人:姜巨全
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依托单位:
依赖Na+的新型HCT家族转运蛋白SdmlT的功能鉴定及其重要氨基酸残基的功能分析
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批准号:31370087
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2013
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负责人:姜巨全
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依托单位:
大豆慢生根瘤菌USDA110高效耐盐基因工程菌株的构建
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批准号:31000055
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:19.0万元
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批准年份:2010
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负责人:姜巨全
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依托单位:
国内基金
海外基金