SecY通道转运的机理研究

Protein translocation is one of the major cross-membrane movements of biological macromolecules in cells. The process is essential for correct folding of the secretory proteins and membrane proteins which account for more than 30% of the total cellular proteins. A number of membrane proteins are involved in protein translocation and act as translocases and channels. Mounting clinical data showed that a large number of human diseases are related to malfunction of protein translocation. Therefore, studies on the molecular mechanism of protein translocation will help to identify drug targets for the related diseases. Our lab will start with SecA-mediated protein translocation. We will focus on the key proteins involved in the translocation by combining biochemical and structural approaches. We aim to understand how these proteins interact with each other to form protein translocation machinery, to recognize the polypeptide substrates, and to regulate protein translocation in a sophisticated way.

蛋白转运是一类主要的生物大分子跨膜转运过程。占蛋白总量三分之一的分泌型蛋白和膜蛋白的形成均需要通过正确的跨膜转运。一系列膜蛋白行使转运酶和转运通道的功能，帮助蛋白跨膜转运。大量临床数据显示，转运蛋白的突变会引起诸多与代谢相关的疾病。本项目从原核生物翻译后蛋白转运的过程入手，结合生物化学和结构生物学的方法，研究在转运多肽底物的过程中起关键作用的SecY通道和SecA马达等蛋白的功能。揭示这些蛋白如何相互作用，形成蛋白转运复合物，识别底物多肽，从而完成蛋白转运这一高效和受到精密调控的生物基本过程。本项目旨在解决跨膜转运的分子机理这一重大科学问题，同时将为理解相关疾病成因提供思路和为疾病治疗提供关键的药物靶点。

分泌型蛋白和膜蛋白占细胞中蛋白总量的~30%，它们的正确折叠需要通过跨膜转运过程。本项目从原核生物翻译后蛋白转运的过程入手，结合生物化学和结构生物学的方法，聚焦SecY通道和SecA马达等负责蛋白转运的关键蛋白，探究它们如何相互作用，形成蛋白转运复合物，识别蛋白底物，完成蛋白转运这一高效和受到精密调控的生物基本过程。经过探索，本课题组成功建立了组装含有多肽底物的SecA-SecY转运复合物的细胞平台，纯化了数个较为稳定的转运中间态，用于生物化学和结构生物学研究。通过结构比较和生化验证发现，SecA与SecY紧密结合，形成蛋白穿膜的通道，SecA在ATP水解过程中，发生构象变化，直接推动多肽底物进入SecY通道。在膜蛋白入膜的过程中，SecY通道促进蛋白有序折叠，帮助膜蛋白正确进入细胞膜。本研究提出了蛋白跨膜转运的全新分子机理，扩展了对转运通道功能的理解，为抗生素的研发提供了全新的潜在药物靶点。