‘饶子和’饶子和院士团队科研成果发布会…

最近，上海科技大学免疫化学研究所饶子和团队与上海科技大学生命科学与技术学院、中科院生物物理研究所胡俊杰团队合作在Nature Communications上发表题为“Mycobacterial dynamin-like protein IniA mediates membrane fission”的研究论文。该研究率先解析了一线抗结核药物——异烟肼诱导蛋白IniA的apo状态以及GTP结合态的三维空间结构，发现其具有类似细菌动力蛋白的折叠方式，并发挥膜分裂的功能，最终揭开了IniA 蛋白参与药物耐受的新机制，对解决结核病耐药性问题具有重要指导意义。

与此同时，我们还发现饶子和院士在Nature、Science、Cell、Nature Communications、PLOS Biology等国际知名期刊上都发表了重要的研究成果，在此我们精选几篇总结于此，以飨读者。

饶子和院士

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Nature Communications：饶子和团队揭示细菌动力蛋白IniA参与结核耐药的新机制

结核病是由结核分枝杆菌感染引发的一种致命性传染病。人类与结核病抗争的历史已逾150多年。自从上个世纪中叶链霉素、吡嗪酰胺、异烟肼、乙胺丁醇、利福平等有效药物被发现并用于治疗结核病以来，这个严重威胁人类生命健康的传染病才得以控制。然而全世界目前仍有约1/3的人口被结核杆菌感染，每年新发和死亡人数十分庞大。更为严重的是，在近半个世纪的药物使用以及漫长的个体治疗周期中，已经产生了各种耐药性结核病，其中相当一部分病例难以治愈。因此，耐药性问题显得尤为紧迫，急需找到应对之策。

IniA蛋白是分枝杆菌中能被异烟肼诱导的重要蛋白，与异烟肼、乙胺丁醇等抗结核药物的耐药性相关，而对它的结构、功能以及参与药物耐受机理方面一直都是空白。在该研究中，团队成员利用X射线晶体学手段成功解析了耻垢分枝杆菌IniA蛋白的apo状态（3.2Å分辨率）和GTP结合状态复合物（2.2Å分辨率）的三维空间结构。首次发现IniA 蛋白折叠属于dynamin超家族中的细菌动力蛋白家族。IniA具有一个经典的GTPase结构域以及两段螺旋束结构域Neck和Trunk。Neck和Trunk呈“V”形排布，这与cynobacteria的BDLP蛋白的溶液游离态形式类似。但是在Trunk的末端存在一段特殊的柔性lipid-interacting (LI) loop，体外脂质体漂浮实验和细胞荧光定位实验表明LI loop可以与带负电荷脂类相互作用从而插到细胞膜上。

Figure 1. （a）IniA结构域分布；（b）IniA整体结构；（c）SMrTs fission实验

研究发现，与其他dynamin不同，IniA在溶液中并不形成核苷酸依赖性的二体形式，而Lipid tethering实验表明IniA可以在膜上形成核苷酸非依赖性的聚合现象。进一步的Giant unilamellar vesicles(GUVs)实验和Supported membrane tubes (SMrTs)切割实验证明IniA具有改变膜形态的能力并行使GTP水解依赖性的膜分裂功能。细菌动力蛋白家族的分子活性长期以来有较大争论，由于在构架和进化上接近线粒体融合素（Mitofusin, MFN），这类蛋白一直被认为可以介导膜融合，而这项工作清楚的阐明细菌动力蛋白具有膜分裂而不是膜融合的能力。

虽然在对细菌动力蛋白的解析方面有较多进展，但其生理功能也一直困扰着研究人员。IniA的突变体药物耐受实验最终揭示了IniA通过介导膜结合和膜分裂引起药物耐受。由于异烟肼、乙胺丁醇会抑制结核杆菌细胞壁合成，因而细胞膜缺乏保护而变得不稳定、易损伤。IniA可能通过膜分裂的方式参与了膜损伤的修复，从而维持了细胞膜的完整性，增加了病原菌在药物压力下的存活能力。这些发现首次揭开了IniA 蛋白的神秘面纱，为解决结核病耐药性问题提供了新的线索。

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Science:饶子和等团队揭示分枝杆菌呼吸链超级复合物结构

在真核线粒体呼吸链中，四种膜氧化还原酶参与电子转移：复合物I（NADH：泛醌氧化还原酶，CI），复合物II（琥珀酸酯：泛醌氧化还原酶，CII），复合物III（bc1型泛醇：细胞色素c氧化还原酶，bc1） – 型CIII）和复合物IV（aa3型细胞色素c氧化酶，aa3型CIV）。CIII将泛醇氧化成泛醌，并将电子传递给可溶性细胞色素c，然后将它们运送到CIV，在那里氧气被还原成水。但是原核呼吸链的情况更为复杂，尚未完全阐明电子流动的完整途径。

南开大学饶子和，中科院生物物理所孙飞及Wang Quan共同通讯在Science在线发表题为”An electron transfer path connects subunits of a mycobacterial respiratory supercomplex“的研究论文，该论文报告了从Mycobacterium smegmatis（耻垢分枝杆菌）分离的呼吸超复合物的3.5-Å分辨率cryo-EM结构。它包含复杂的III二聚体，其两侧各自由复合的IV亚基组成。络合物III和IV缔合使得电子可以通过桥接细胞色素亚单位从复合物III中的喹啉转移到络合物IV中的氧还原中心。在周质面观察到超氧化物歧化酶样亚基，这可能是复合物III形成的超氧化物解毒的原因。 该结构揭示了已建立的药物靶标的特征，并为开发人类结核病的治疗方法奠定了基础。

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Cell：上海科技大学李俊，杨海涛及饶子和揭示膜转运蛋白MmpL3的晶体结构

分枝杆菌在人类中引起许多严重疾病，包括结核病（TB），麻风病，布鲁里溃疡等。仅在2017年，估计有1000万新发结核病例和130万人死亡，使其成为传染病导致人类死亡的主要原因。此外，多重耐药，广泛耐药和完全耐药结核病的出现使该疾病异常难以治疗。因此，迫切需要开发靶向TB和上述其他疾病的新治疗药物。

分枝杆菌基因组编码一组膜蛋白，其被鉴定为MmpL（分枝杆菌膜蛋白），其属于抗性，结瘤和分裂（RND）蛋白超家族。RND家族的转运蛋白在细菌，古细菌和真核生物中无处不在。它们的活动是由质子动力（PMF）驱动的。在革兰氏阴性细菌中，RND转运蛋白（和MmpL蛋白）包括外排泵以主动挤出许多抗生素，因此在耐药性中起重要作用。结核分枝杆菌（结核分枝杆菌，Mtb）基因组编码13种MmpL蛋白。已报道MmpL3,4,5,7,8,10和11参与分枝杆菌复合细胞包膜的生物合成。MmpL5和MmpL7可以主动外排抗结核药物，包括最近批准的药物bedaquiline。

MmpL3是唯一被认为对细菌细胞（包括Mtb）的复制和活力必不可少的MmpL。实际上，MmpL3表达的下调阻止细胞分裂并导致细胞快速死亡。MmpL3的序列在分枝杆菌和棒状杆菌中高度保守，其参与分枝菌酸的运输。分枝菌酸是外膜的关键组分，对分枝杆菌生长至关重要，使双层极其疏水，不渗透外源性化合物，包括许多抗生素。因此，MmpL3转运蛋白的失活抑制了分枝杆菌中霉菌酸的合成途径的关键步骤。因此，它是发现抗结核药物的优秀目标。

几种化合物，包括二胺，吲哚甲酰胺，二苯基吡咯例如，金刚烷基脲和螺环已被开发为MmpL3抑制剂。最值得注意的是，二胺SQ109作为抗结核药物在2b-3期临床研究中显示出前景。它对所有形式的Mtb具有极好的活性，包括耐药的临床菌株。SQ109的体外细菌突变率非常低，这表明对该化合物的抗性的发展可能是缓慢的。迄今为止，整个MmpL家族的结构信息有限。对于MmpL组分确定的唯一结构是针对PC亚结构域（D2），来自MmpL11的胞外域的88残基周质片段，这突出了这一点。因此，任何完整的MmpL的结构数据仍然难以捉摸。

为了解决这一缺陷，研究人员已经确定了单独的耻垢分枝杆菌（M.smegmatis）MmpL3和与四种候选药物复合的X射线晶体结构。来自该生物体的MmpL3是Mtb对应物的优秀模型。该数据将极大地促进MmpL3抑制剂作为抗结核治疗药物的开发。

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Nature:饶子和/王祥喜联合研究团队继解析甲型肝炎病毒精细三维结构

甲型病毒性肝炎，简称甲型肝炎、甲肝，以肝脏炎症病变为主的传染病，主要通过粪-口途径传播，临床上以疲乏，食欲减退，肝肿大，肝功能异常为主要表现，部分病例出现黄疸，主要表现为急性肝炎，无症状感染者常见。甲肝的病因主要是由肝细胞被甲型肝炎病毒（HAV）感染引起。

HAV是一种RNA病毒，是小核糖核酸病毒科的一员，是直径约27nm的球形颗粒，由60个壳微粒组成对称20面体核衣壳。每一个壳微粒具有4个主要多肽，即VP1、VP2、VP3、VP4、其中VP1与VP3为构成病毒壳蛋白的主要抗原多肽，诱生中和抗体。病毒的核心部位为单股正链RNA 。除决定病毒的遗传病特性外，兼具信使RNA的功能，并有传染性。

HAV在体外抵抗力较强，在-20℃条件下保存数年，其传染性不变，能耐受56℃30分钟的温度及PH3的酸度；加热煮沸（100℃）5分钟或干热160℃20分钟，紫外线照射1小时，氯1mg/L30分钟或甲醛（1：4000）37℃72小时可使之灭活。

一直以来病毒都被分为两种类型，有外脂质包膜和无包膜的病毒。去年，来自北卡罗莱纳大学的研究人员获得了一项颠覆性的研究发现，证实完全不同于其他没有包膜小核糖核酸病毒，HAV根据存在于宿主中还是环境中，呈现出两种病毒类型的特征。当HAV存在于环境中时没有包膜，而当它在肝脏内生长时它会从细胞处获得包膜，并在血液中循环之时，完全匿藏在这些膜中。此外，HAV在遗传和物理上都非常的稳定。然而一直以来研究HAV是研究人员面对的一项挑战。

在这篇文章中研究人员报告称，获得了成熟的HAV病毒和空病毒颗粒的高分辨率X射线结构。他们发现除了空病毒颗粒的内部有少许无序，基本无法区分两种病毒颗粒的结构。完整的病毒包含有效病毒蛋白VP4，而空病毒颗粒则只包含未裂解的前体VP0。光滑的病毒颗粒表面缺乏对应受体结合位点的凹陷。肽扫描数据扩展了以往报道的VP3抗原位点，基于结构的预测结果表明还有更多其他的表位。

研究人员证实HAV不具有任何的口袋因子（pocket factor），能够显著耐受高温和低pH，而空病毒颗粒比完整病毒更加强有力。病毒脱壳是病毒与宿主细胞识别作用后，病毒壳构象发生变化以方便病毒基因组进入宿主细胞的重要过程。结果显示这一病毒有可能通过了一种新型机制脱壳。基于结构的系统进化分析结果显示HAV处于“现代”的小核糖核酸病毒和更为“原始”前体昆虫病毒之间。HAV保留了通过胞吞作用在细胞间传播的能力。

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