MFS家族转运蛋白结构与功能研究

The exchange of materials, such as absorption of necessary nutrients and elimination of metabolites, is vital to cells' survival. As the largest family of secondary active transporters, the major facilitator superfamily (MFS) plays important roles in transporting materials in living organisms because of its various substrates. The alignments of amino acid sequences of MFS show that MFS shares conserved motifs . Although a number of crystal structures of MFS have been reported, the common mechanisms of transporting, especially the mechanism of energy coupling and functions of motifs, have not reached a consensus. Our research aims to study the universal mechanisms of transporting for MFS and elucidate the functions of conserved motifs by determining the three-dimensional structure and studying the functions of symporter YbgH and drug-effluent antiporter MdfA. Based on these two models, we expect to discuss our energy coupling mechanism of symporters and antiporters and further confirm the membrane-potential driven hypothesis. Based on the latter model, we look forward to figuring out how anti-drug MFS recognizes and binds substrates,and expand our knowledge on bacteria drug resistance.

细胞体内必需的营养物质的吸收、代谢产物的排出等物质交换对维持细胞生存至关重要。Major Facilitator Superfamily（MFS）作为次级主动转运蛋白的最大家族，由于转运底物种类繁杂，在生物体的物质转运中发挥着重要的功能。通过对MFS家族蛋白成员的氨基酸序列分析发现其一些保守的模体。目前，虽有多个MFS家族成员的结构已被解析，但对MFS家族蛋白的共性转运机制，特别是能量偶联机制以及保守模体的功能都没有形成共识。本课题拟选择MFS家族同向转运蛋白YbgH及逆向药物转运蛋白MdfA为研究对象，通过它们三维结构的解析和功能研究，探究MFS家族转运过程中的共性问题，揭示保守模体在维持构象和功能方面的作用；探讨同向、逆向转运蛋白的能量偶联机制以及它们的差别，进一步验证膜电位驱动力假说；深入理解抗药MFS蛋白底物识别和结合机制，拓宽在细菌抗药性机理的认识。

细胞体内必需的营养物质的吸收、代谢产物的排出等物质交换对维持细胞生存 至关重要。Major Facilitator Superfamily（MFS）作为次级主动转运蛋白的最大家族，本课题拟选择 MFS 家族同向转运蛋白 YbgH 及逆向药物转运蛋白 MdfA 为研究对象，通过它们三维结构的解析和功能研究，探究 MFS 家族转运过程中的共性问题，揭示保守模体在维 持构象和功能方面的作用；探讨同向、逆向转运蛋白的能量偶联机制以及它们的差别，深入理解抗药 MFS 蛋白底物识别和结合机制，拓宽在细菌抗药性 机理的认识。通过4年的研究，我们解析MFS 家族同向转运蛋白 YbgH 及逆向药物转运蛋白 MdfA的结构及MdfA与不同底物的复合物的晶体结构。对研究保守模体在MFS家族蛋白的转运上所发挥的功能进行了深入阐释，提出了以MotifA为基础的由膜电势所驱动的蛋白构象变化的模型。提出了同向转运蛋白和反向转运蛋白普适的构象变化机制。 . 此外，在本课题的支持下，我们还解析了原核脂蛋白修饰相关的膜蛋白的结构，包括前脂蛋白二脂酰甘油转移酶Lgt和载脂蛋白N 端脂酰转移酶 Lnt，探讨了两个蛋白的转运最适脂分子以及两个蛋白可能的活性中心。丰富脂蛋白修饰的研究领域并为药物研发提供了新的药物设计靶点。我们还解析了拟南芥糖转运蛋白AtSweet13的二聚体的晶体结构，并分析了它们可能的底物结合及选择机制，对植物糖蛋白的转运有了更深入的了解。. 在本课题支持，我们共发表了5篇高水平的研究论文和十多篇相关领域的综述文章。圆满完成了课题最初期设定的任务目标。