贡红日/饶子和/王权解析抗结核药物靶点结构
结核分枝杆菌（Mycobacterium Tuberculosis，Mtb）引起的结核病（TB）是一种古老的伴随人类历史最长的慢性传染病。世界卫生组织（WHO）发布的《2020年全球结核病报告》估算全球结核潜伏感染人群接近20亿，2019年全球新增结核病患者996万例，死亡121万例。2019年全球新发的结核病患者中，约有3.3%的新患者和18%的复治患者对利福平耐药。全球估算利福平耐药结核病患者数约46.5万，其中耐多药结核病约占78%。耐药结核病对全球公共卫生构成重大威胁。因此，抗结核药物靶标发现及新药研发迫在眉睫。
2021年4月6 日，南开大学贡红日副教授、饶子和院士与上海科技大学王权研究员为共同通讯作者在Proceedings of the National Academy of Science发表题为“Architecture of the mycobacterial succinate dehydrogenase with a membrane-embedded Rieske FeS cluster” 的研究论文【1】。
上海科技大学周晓婷和高岩博士为该研究论文的共同第一作者。南开大学贡红日副教授、饶子和院士及上海科技大学王权研究员为共同通讯作者。上海科技大学为第一完成单位。
此外，耻垢分枝杆菌呼吸链复合物Sdh2的结构及其电子传递机制已被该研究团队阐明，相关研究成果以题为“Cryo-EM structure of trimeric Mycobacterium smegmatis succinate dehydrogenase with a membrane-anchor SdhF”于2020年发表在Nature Communications期刊【2】。
2021年4月12日，南开大学贡红日副教授、饶子和院士及上海科技大学王权研究员再次以“Cryo-EM structure of Mycobacterium smegmatis DyP-loaded encapsulin” 为题在PNAS发表研究论文【3】。
南开大学博士研究生唐延婷和中国科学院大学博士研究生慕安为本文的共同第一作者。南开大学贡红日副教授和上海科技大学王权研究员为共同通讯作者。南开大学为第一完成单位。
这一系列工作得到了上海科技大学生物电镜平台中心、中科院生物物理研究所蛋白质科学研究平台生物成像中心和国家蛋白质科学中心（上海）质谱平台的技术支持及科技部和国家自然科学基金委的项目资助。电子顺磁共振实验和脂质组学鉴定实验分别得到了中科院强磁场科学中心田长麟研究员团队和中科院遗传发育所税光厚研究员团队的帮助。
值得一提的是，饶子和团队长期以来一直从事结核病重要靶点的结构和功能研究。近年来在培养一批优秀青年人才的同时，在这一基础性领域内不断取得重要成果。这些成果对结核杆菌生存致病机理、抗结核药物杀菌抑菌机理、结核杆菌耐药机理等进行了深刻的阐述，为结核新药的研发提供了重要的数据基础，为抗结核新药的研发提供了巨大的推动力。除了以上两项PNAS的论文成果，团队的系列重要成果如下：
2018年10月
饶子和院士团队解析了临床药物Q203靶点——呼吸链超级复合体CIII2CIV2SOD2的冷冻电镜结构，揭示了生命体内一种新的醌氧化与氧还原相偶联的电子传递机制。首次以结构生物学的视角，证实了超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）在分枝杆菌细胞周质内与呼吸链复合物间存在直接相互作用，并具有清除潜在自由基、协同氧化还原反应的作用。论文成果以研究长文的形式在线发表于Science上【4】。
2019年1月
饶子和院士协同上海科技大学李俊，杨海涛报道了分枝杆菌MmpL3三维结构以及与四种抗结核候选药物的复合物晶体结构，其中包括SQ109（在2b-3期临床试验中）。SQ109，AU1235，ICA38和利莫那班（Rimonabant）在跨膜区内结合并破坏了其中亲水性的Asp-Tyr对，阻断了细胞壁分枝菌酸的转运，进而发挥抑菌作用。该结构数据将极大地推动靶向MmpL3的新型抗TB药物的开发。论文成果发表在Cell上，并且入选2019年度“中国高校十大科技进展”和2019年度“中国生命科学十大进展”【5】。
2019年8月
团队成员在Nature Communications报道了耻垢分枝杆菌IniA蛋白的apo状态和GTP结合状态复合物的三维空间结构。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。这项工作清楚地阐明了细菌动力蛋白具有膜分裂而不是膜融合的能力。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【6】。
2020年1月
饶子和团队解析毒力因子Rv0222结构，结合功能方面的合作研究发现结核分枝杆菌利用宿主泛素化系统抵御宿主攻击的免疫逃逸新机制。该研究工作首次发现宿主K-11泛素化系统帮助了结核分枝杆菌感染致病的新机制，拓宽了我们对于泛素化系统在感染性疾病调控中的认识。论文成果以研究长文的形式发表于Nature上【7】。
2020年4月
饶子和院士团队解析了一线药物乙胺丁醇的靶点——EmbA-EmbB和EmbC-EmbC两种复合物的三维结构，揭示了乙胺丁醇结合于EmbB和EmbC的活性口袋，其结合位点分别占据了催化氨基酸Asp两侧的底物结合位置（D-site 和A0-site），从而同时阻断了阿拉伯糖供体和受体的结合，最终抑制细胞壁AG和LAM的合成的精确分子机制。论文成果以研究长文的形式发表于Science上【8】。
2020年6月
团队成员在PNAS报道了结核分枝杆菌FadE5蛋白的三维空间结构以及FadE5与多种不同底物的复合物的结构。研究发现与以往鉴定的对底物具有严格的选择特异性的同源蛋白不同，FadE5蛋白对底物具有广泛的选择性。该项工作探究了FadE5蛋白对底物具有广泛选择性的结构基础，并且进一步加深了人们对结核分枝杆菌脂肪酸代谢途径的认识【9】。
2020年8月
饶子和团队发表Nature Communications论文，确定了耻垢分枝杆菌Sdh2三聚体的2.8Å 冷冻电镜结构，为三聚体形式的呼吸链复合物II的生理意义提供了结构见解。研究还鉴定出 SdhF膜锚定亚基，揭示了协同催化活性的结构基础。此外，该研究为基于结构的抗结核药物发现奠定了重要的理论指导【2】。
2020年10月
饶子和/张兵研究团队在Science Advances上报道了耻垢分枝杆菌中特异性转运海藻糖的ABC importer LpqY-SugABC在前静息状态、静息状态、前移位状态和催化中间态共四个功能状态的高分辨率三维空间结构。该研究不仅揭示了分枝杆菌摄取重要营养物质海藻糖精确的分子机制，更为重要的是，提供了高精度的LpqY-SugABC的原子坐标，将为后续海藻糖类抗结核药物的设计奠定重要的结构基础【10】。
饶子和院士团队通过多年努力基本攻克了结核病关键药靶领域已知仅剩的几个战略高地。由年轻的团队成员组建的抗结核结构研究中心将凝聚力量，深入研究，在结核病基础研究上不断发力，开展系统性、体系化、高水平的研究。饶子和院士表示，团队此后还将继续在这个领域耕耘，全力推动抗结核新药的研发，加快基础研究成果的转化。
原文链接：
1.https://www.pnas.org/content/pnas/118/15/e2022308118.full.pdf
2. https://www.nature.com/articles/s41467-020-18011-9
3. https://www.pnas.org/content/118/16/e2025658118
4.https://science.sciencemag.org/content/362/6418/eaat8923.abstract
5.https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30036-4
6. https://www.nature.com/articles/s41467-019-11860-z
7. https://www.nature.com/articles/s41586-019-1915-7
8. https://science.sciencemag.org/content/early/2020/04/22/science.aba9102
9. https://www.pnas.org/content/117/28/16324
10.https://advances.sciencemag.org/content/advances/6/44/eabb9833.full.pdf
来源：BioArt
原标题：《【学术前沿】两篇PNAS | 贡红日/饶子和/王权解析抗结核药物靶点结构》
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