《病原菌中PPX-GppA蛋白酶的結構與作用機理》是依託南開大學，由Mark Bartlam擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：病原菌中PPX-GppA蛋白酶的結構與作用機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：Mark Bartlam
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
多聚磷酸（poly-P）在細菌中具有重要的生理功能。Poly-P的水解主要由聚磷酸水解酶蛋白家族（PPX-GppA）完成。PPX-GppA對病原菌的生物膜形成能力、致病性、耐藥性等方面起到重要作用。迄今對病原菌PPX-GppA蛋白的研究還非常有限，缺乏結構與功能的相關性研究。本項目以銅綠假單胞菌、霍亂弧菌、牙齦卟啉單胞菌和結核分枝桿菌4種典型病原菌的PPX-GppA蛋白為研究對象，綜合利用微生物學、結構生物學、分子生物學等多種研究方法，解析不同病原菌PPX-GppA蛋白結構，闡明結構與功能的關係，剖析poly-P和(p)ppGpp之間的相互作用，揭示PPX-GppA調節細菌poly-P水平、生長速率、壓力耐受性以及生物膜形成的機理，確定潛在的藥物靶點，篩選有效抑制物。本項目將結構生物學研究手段套用到微生物生理生化研究，充分體現結構與功能研究相結合的優勢，為解決更複雜的微生物學問題奠定基礎。
結題摘要
病原菌嚴重威脅人類健康，其應對外界壓力、生物膜的形成、致病性和抗藥性都受到多聚磷酸以及多聚磷酸外切酶PPX-GppA的調控。目前關於PPX-GppA蛋白的結構和功能研究還很少。本項目圍繞病原菌的PPX-GppA蛋白的結構和功能開展研究。項目解析了恥垢分枝桿菌中MS-PPX蛋白及其與小分子抑制物的複合物結構，分析了其活性中心和底物結合位點。解析了MS-PPX的突變體R273A的三維晶體結構，通過與天然狀態結構的對比，分析其可能的結構構象變化方式。根據結構和功能數據，確定了MS-PPX關鍵胺基酸殘基的重要作用，探討了其催化作用機制。解析了牙齦卟啉單胞菌中PgPPX的三維晶體結構，解析了Pg-PPX的2種突變體E118A和R255A的三維結構，以及 E118A與底物短鏈聚磷酸Poly-P3的複合物結構，根據結構和功能數據，對比不同結構的變化，提出了PgPPX可能的催化作用機制。解析了霍亂弧菌、銅綠假單胞菌和運動發酵單胞菌3種“長鏈”PPX-GppA蛋白的三維晶體結構，分析了可能的活性中心和關鍵位點。本項目通過解析5種細菌PPX-GppA蛋白及其與底物的複合物三維結構，從結構生物學角度解釋PPX-GppA如何實現對多聚磷酸的水解，從而建立PPX-GppA蛋白的催化分子機制，分析了不同長度 PPX-GppA蛋白的區別，確定了源自不同病原菌的PPX-GppA蛋白的關鍵催化結構域以及活性位點，闡明了它們的催化活性和生理學功能，重點分析了PPX-GppA影響病原菌適應性的分子機制，並進一步將結構與功能結合，篩選潛在的藥物靶點，進行以結構為基礎的有效抑制物設計，為新型藥物研發奠定基礎。此外鑒於poly-P 在微生物細胞中的廣泛存在和重要作用，本研究結果也將為包括廢水的脫磷、生物修復、磷元素循環等微生物學等其他領域的研究提供有效的數據支持。
