磷脂合成过程中重要膜内酶Cds的结构与功能研究结果

2014年6月27日，Nature communications期刊在线发表了中科院生物物理所柳振峰研究组报道的嗜热古菌Thermotogamaritima来源的胞苷二磷酸-二脂酰基甘油（CDP-DAG）合成酶（TmCdsA）的研究成果。这也是CDP-DAG合成酶（Cds）膜蛋白家族被解析出来的第一个晶体结构。CDP-DAG合成酶是磷脂酰甘油(PG)、磷脂酰肌醇(PI)以及磷脂酰丝氨酸(PS)合成过程的重要中间酶。

柳振峰等人研究发现TmCdsA形成了稳定的二聚体，该二聚体膜内酶在底物依赖动力学分析中呈现出CTP诱导的变构效应。每个TmCdsA单体中含有九个跨膜螺旋，组成了三个结构域。该膜内酶的活性中心含有两个金属离子的结合位点，其中一个为Mg2+离子，另一个为K+离子。进一步的突变体酶活实验分析结果验证了晶体结构中参与构成活性中心的一系列重要极性氨基酸残基。结果发现活性中心的核心包含了两个保守的天冬氨酸残基和与之结合的两个金属离子（Mg2+和K+）。此外，该项工作还首次在膜内酶中发现一种双开口的底物结合口袋，这一特征使得TmCdsA能够同时接纳水溶性和脂溶性两种性质和来源截然不同的底物分子。面向胞质的开口使得TmCdsA能够接收胞浆来源的CTP/dCTP分子，而面向膜内的开口使得其能够从膜上获取疏水底物磷脂酸分子。基于结构和功能分析的结果，论文中首次提出了一种类似于DNA聚合酶的双金属介导的CDP-DAG合成机制。