上海药物所金黄色葡萄球菌ClpP调控机制研究获进展

中国科学院上海药物研究所蒋华良课题组与杨财广课题组合作，针对金黄色葡萄球关键蛋白水解酶ClpP，开展调控机制研究，取得重要进展，研究论文于9月7日在线发表在美国生物化学学会专业期刊Journal  of  Biological  Chemistry上。



在本课题中，杨财广研究员与罗成副研究员带领博士研究生张婕、叶飞，综合运用计算、实验相结合的手段，阐明了细菌ClpP组装体调控蛋白降解的动态机制。ClpP是细菌中关键的蛋白水解系统，由上下两个七聚体自组装成一个球形腔体。现有研究表明，其基因敲除后金黄色葡萄球菌的致病能力显著降低1000倍以上。



在该研究中，该团队首先成功获得该蛋白酶的两种晶体结构，观察到其两种功能构象：Extended伸展构象和Compressed压缩构象。进而，以计算生物学研究为导向，结合实验手段，发现了ClpP在这两种构象间的动态变化由上下两个七聚体之间的氢键网络所调控，该网络主要由上下两个半球中七对残基R171和D170所组成，可以稳定伸展的构象。最终，该研究阐明了ClpP的动态调控机制：多肽底物进入ClpP空腔后被催化位点降解，催化位点包括三个残基：S98、H124、D172，其中H124与底物、S98以及D172之间都存在较强的氢键网络。降解产物在活性中心的积累造成局部分子间相互作用方式的改变，引起底物与H124之间的氢键断裂，H124发生翻转，继而导致D172的取向发生变化。进而，D172取向的变化传递到R171_D170网络，使得该网络中的相互作用也遭到破坏，Extended伸展构象不能保持稳定，逐渐转变成Compressed压缩构象，释放降解产物出催化腔体。在调控机制研究的基础上，该团队进而开展ClpP化学生物学和抗菌药物发现的研究。首次发现几类活性较好的小分子拮抗剂和抑制剂，相关计算生物学、结构生物学和化学生物学的研究进展顺利。



该研究团队有机结合理论指导和实验验证，积极探索耐药病原菌感染防治这一重大科学问题；基于新靶标、新作用机制，瞄准新的化学结构，为进一步开展新类型抗菌小分子活性候选化合物的发现提供切实可行的研究思路和模式。



该研究得到了中科院、国家自然科学基金以及上海市科委项目的部分资助。