上海有機所交叉中心團隊揭示粘多糖癥相關(guān)溶酶體乙酰轉移酶HGSNAT的跨膜催化機制
硫酸乙酰肝素（HS）是位于細胞表面和細胞外基質(zhì)中最常見(jiàn)和最重要的糖胺聚糖之一，在一系列生物過(guò)程中發(fā)揮重要作用，包括發(fā)育、炎癥、血管生成、細胞生長(cháng)和病毒感染。HS的降解需要多種溶酶體酶的協(xié)同作用，其中，乙酰肝素-α-氨基葡萄糖N-乙酰轉移酶（HGSNAT）是HS降解中唯一的非水解酶和溶酶體跨膜蛋白酶，催化HS末端氨基葡萄糖的跨膜乙?；?，從而進(jìn)一步裂解。HGSNAT功能障礙導致HS在多個(gè)細胞和組織的溶酶體中積累，最終導致神經(jīng)性溶酶體貯積?。?/span>LSD）——粘多糖癥ⅢC（MPS ⅢC），表現為神經(jīng)功能惡化、多動(dòng)、睡眠障礙、聽(tīng)力喪失和兒童癡呆。然而，目前該疾病并沒(méi)有好的治療方法，因此闡明HGSNAT的結構對于開(kāi)發(fā)藥物伴侶以及靶向HGSNAT治療MPS ⅢC至關(guān)重要。
2024年5月20日，中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心于杰課題組聯(lián)合上?？萍即髮W(xué)蓋景鵬課題組以及加拿大蒙特利爾大學(xué)Alexey V. Pshezhetsky課題組在Nature Structural & Molecular Biology發(fā)表了題為“Structure and mechanism of lysosome transmembrane acetylation by HGSNAT”的研究論文，解析了HGSNAT 無(wú)底物結合apo狀態(tài)、與乙酰輔酶A（Ac-CoA）結合以及與乙?；a(chǎn)物結合的冷凍電鏡結構，分辨率高達2.59 ?，揭示了HGSNAT介導的一種全新的溶酶體跨膜區乙?；拇呋瘷C制，完全不同于傳統的乙酰轉移酶，為開(kāi)發(fā)更有效的治療MPS IIIC疾病的治療策略提供了結構見(jiàn)解。
圖1 HGSNAT的整體結構
在本項研究中，作者首先解析了以二聚化的形式存在的HGSNAT，整體形狀類(lèi)似于大寫(xiě)字母“M”，是一種全新的折疊結構（圖1）。HGSNAT的跨膜螺旋形成親水性的跨膜通道。位于胞質(zhì)側的Ac-CoA進(jìn)入跨膜通道并引起通道擴張。通道中的活化位點(diǎn)組氨酸和天冬酰胺催化乙?；鶑腁c-CoA轉移到位于溶酶體側的HS的葡萄糖胺基，完成乙?；鶑募毎|(zhì)一側轉移到溶酶體側。反應后，游離CoA被釋放到細胞質(zhì)中，乙?；疕S擴散到溶酶體腔內，進(jìn)一步被降解（圖2）。
圖2 HGSNAT的跨膜催化模型
中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心博士研究生徐睿聲，上?？萍即髮W(xué)碩士研究生寧瑩潔為本文共同第一作者。于杰研究員，蓋景鵬教授與Alexey V. Pshezhetsky教授為本文共同通訊作者。有機所交叉中心朱正江研究員以及本文其他作者也做出了重要貢獻。該工作得到了上海臨港實(shí)驗室和上海浦江計劃的資助。
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