结核分枝杆菌药物外排泵Rv1457-Rv1458的结构与功能研究
批准号:
32100982
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
陈晓博
依托单位:
学科分类:
结构生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈晓博
中文摘要
结核病(Tuberculosis, TB)是全球致死人数最多的传染性疾病,是由结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis, MTB)引发的。耐药结核的出现成为目前抗结核工作面临的最大问题。外排泵的过表达是赋予MTB耐药性的主要原因之一。ABC 转运蛋白超家族生理功能复杂,与MTB的耐药性紧密相关,是存在于MTB 的主要外排泵系统。Rv1457-Rv1458是结核分枝杆菌生长必需的基因,被鉴定为ABC转运蛋白类型的药物外排泵。在一些临床分离的耐药MTB菌株中,Rv1457-Rv1458都有过量表达。但其参与的生理过程以及所排抗生素类型仍旧未知。本项目拟利用单颗粒冷冻电镜的方法获得Rv1457-Rv1458的三维结构,探究其底物转运机制和药物外排机制,为基于Rv1457-Rv1458这一潜在药靶的抗结核药物开发提供理论依据和结构基础。
英文摘要
Tuberculosis (TB) is the infectious disease resulting the highest mortality worldwide and is caused by Mycobacterium tuberculosis (MTB). The emergence of drug-resistant tuberculosis has become the biggest problem for the current anti-tuberculosis work. Overexpression of the efflux pump is one of the main reasons that confer MTB resistance. The ABC transporter superfamily is multifunctional and is closely related to the drug resistance of MTB. It is the main efflux pump system that exists in MTB. Rv1457c-Rv1458c are essential genes for the growth of MTB and is a drug efflux pump belonging to the ABC transporter family. In some clinically isolated drug-resistant MTB strains, the expression of Rv1457c-Rv1458c are significantly increased. However, the physiological process Rv1457-Rv1458 is involved and the types of antibiotics it exports remains unknown. This research will aim to obtain the three-dimensional structure of Rv1457-Rv1458 by single particle cryo-EM, explore its substrate transport mechanism and drug efflux mechanism. This study will lay a solid foundation for the development of anti-tuberculosis drugs based on Rv1457-Rv1458 as a potential drug target.
结核分枝杆菌(MTB)的内在耐药性是由其外排系统造成的。在本项目中,我们对MTB中的一个药物外排泵Rv1457c/8c进行了研究。我们获得了这个转运蛋白在ADP结合和 ATP结合状态下的冷冻电镜三维结构。另外我们鉴定出它具有血红素转运蛋白的活性,并获得了血红素结合状态下的结构。蛋白呈现出V型ABC转运蛋白的构象。在ADP和血红蛋白结合状态下,蛋白呈现向外开放的构象。一个带正电的通道位于转运蛋白中间细胞膜和细胞质的交界处。位于通道中的一对酪氨酸残基充当血红素的轴向配位位点。ATP结合后诱导的刚性运动导致两个核苷酸结合结构域(NBD)和两个跨膜结构域(TMD)之间的通道关闭。酪氨酸残基之间的距离变小,血红素和配位残基之间的相互作用丧失。接着,血红素被挤压到细胞膜外侧。这个转运过程中蛋白仅存在向外开放的构象,这表明蛋白采用了一种“横向进入和挤压”机制。这项研究增加了我们对V型ABC转运蛋白的认识,并鉴定出了一个结核分枝杆菌中的血红素转运蛋白。Rv1457c/58c是结核分枝杆菌生长的必需蛋白,对Rv1457c/58c的研究将促进针对该靶点的新型抗结核药物的开发。
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