梁栋材研究组发现AHL内酯酶新机制

　　2012年12月22日，中国科学院生物物理研究所梁栋材院士研究组在最新一期《Acta Crystallogr D Biol Crystallogr 》上正式发表了题为 “High-resolution structures of AidH complexes provide insights into a novel catalytic mechanism for N-acyl homoserine lactonase” 的研究成果。

　　大多数植物和动物的病原细菌都是依靠群体感应系统(Quorum Sensing system, 简称QS系统)来产生致病因子的。特别是对条件致病菌，QS系统直接影响着细菌的致病性和由条件致病菌转变为致病菌的能力。因此，QS系统是控制疾病发生和传播的靶点。通过阻碍QS信号分子的积累或者阻碍QS系统对受体蛋白的识别，干扰和破坏致病菌的QS系统，从而能够达到预防病原菌感染的目的。

　　N-酰基高丝氨酸内酯（N-acyl homoserine lactones，AHL）是QS系统中的最为重要的信号分子。AHL内酯酶因为能够降解AHL信号分子，阻断细菌QS信号通路，导致细菌致病性和毒力降低或丧失，目前已经被成功地应用于细菌病害的防治。

　　文章报道了第一个属于α/β-水解酶家族的AHL内酯酶----AidH 1.29?的晶体三维结构。在此基础上，我们又解析了AidH与产物C4-HS复合物1.09?的晶体结构、突变体AidHS102G与底物C6-HSL复合物1.33?的晶体结构以及突变体AidHE219G与产物C6-HS复合物1.11?的晶体结构。通过三维结构分析表明，AidH与已经报道的属于金属-β-内酰胺酶家族的AHL内酯酶不同，它的活性中心部位不存在任何金属离子和配基。另外，在核心区结构域和 “盖子”结构域之间，有一个长度为14?的底物结合通道。通道的入口随着底物酰胺链长度的增加呈现出更加开放的状态。这表明通道参与了底物的选择、结合、反应和释放整个过程，对整个酶促反应至关重要。另外，生化实验结果证明AidH对底物酰胺链长度和C3 位取代基的AHL底物没有特异性，是一种宽泛性的AHL内酯酶。在生化实验和三维结构的基础上，我们提出了一种不依赖金属的AHL内酯酶催化机制。这种新型的AHL内酯酶的催化机制是典型的酸-碱催化和共价催化。对AHL内酯酶AidH结构与功能的研究，能够帮助我们更加深入地了解AHL信号分子的降解途径和降解机制，此外，AidH是一种宽泛的AHL降解酶，因此更有可能成为人类设计有效的药物去阻断病原菌QS系统，防治疾病的新靶标。

　　图示： AidH的底物结合通道位于核心结构域（灰色）和“盖子”结构域（青色）之间，被若干疏水残基环抱，长约14?，几乎全部呈现正电荷（蓝色表示正电荷）。底物C6-HSL分子的头部内酯环通过氢键结合于催化反应的活性中心，酰胺链尾部伸向通道的入口处。

　　该项工作得到科技部973计划、国家自然科学基金委员会和中国科学院的资助。

　　文章链接：http://journals.iucr.org/d/issues/2013/01/00/dw5029/index.html

（供稿：梁栋材课题组）