結核分支桿菌新藥靶RpsA與POA作用阻斷反式翻譯的結構基礎

《結核分支桿菌新藥靶RpsA與POA作用阻斷反式翻譯的結構基礎》是依託廈門大學，由廖新麗擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：結核分支桿菌新藥靶RpsA與POA作用阻斷反式翻譯的結構基礎
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：廖新麗
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

結核病（TB）是全球死亡率和發病率最高的傳染性疾病之一，結核分枝桿菌(Mtb)是引起人類結核病的主要病原。隨著全球耐多藥結核菌株的出現和蔓延，迫切需要尋找新藥靶及研發新藥。2011年Science報導抗結核一線前藥吡嗪醯胺(PZA)的體內水解物吡嗪酸(POA)與Mtb核糖體蛋白RpsA的C端（RpsA_C）結合阻斷Mtb的反式翻譯致使細胞中毒。這一發現使RpsA成為引人矚目的治療TB新藥靶。然而，POA抑制RpsA蛋白與RNA作用的分子機制尚未清楚。本項目擬在前期工作的基礎上，採用異核多維核磁共振技術，測定RpsA_C及兩種複合物RpsA_C-POA和RpsA_C-RNA_14的溶液結構和動力學特徵，研究RpsA_C分別與POA和三種RNA的相互作用,比較RpsA_C自由態與複合態的結構和動力學特徵，揭示RpsA與POA結合阻斷反式翻譯的結構基礎，為細菌相關疾病的藥物研發提供科學理論依據。

結題摘要

本項目採用了多種譜學方法揭示PZA 耐藥性的原因以及POA與結核分枝桿菌核糖體蛋白RpsA作用阻斷反式翻譯的結構基礎。主要取得兩方面的進展：第一，獲得了MtRpsA 蛋白的C-terminal 結構域(MtRpsACTD)、MtRpsACTD-POA 複合物以及兩個與PZA 耐藥性突變相關的蛋白MtRpsAA438 和MsRpsA 的C-terminal 結構域的晶體結構（PDB code：4NNG、4NNH、4NNI），發現POA 靶向MtRpsA 主要是通過胺基酸Lys303、Phe307、Phe310、Glu318 和Arg357 介導的氫鍵和疏水作用進行的，其中Phe307、Phe310和Arg357 是參與tmRNA 結合的保守胺基酸；MtRpsACTD 結合POA 後引起了S1-domain 的β2、β3 和β5 的構象產生較大的變化，進一步破壞了MtRpsA 與tmRNA 的相互作用，進而導致反式翻譯過程的終止，而RpsA的C-terminus 的胺基酸缺失或突變可引起POA結合口袋的胺基酸的構象發生變化，導致了POA 結合能力的喪失，從而產生PZA 耐藥性。第二，測定了MtRpsACTD_S1、的自由態的三維溶液結構和動力學特徵（BMRB code： 26725,； PDB code： 5IE8）。 MtRpsACTD_S1的15N主鏈馳豫數據表明，L326-V333的NOE數值低於平均值0.73，它們在ps-ns時間尺度內有較大幅度的、比較不受限的運動，這與其無規捲曲的性質相符，而H322具有最大NOE值（0.94）；四個較大的構象交換速率Rex值分布於殘基V321 (19.93 s-1)、H322 (13.6 s-1)、V331 (21.47 s-1)、D335 (23.25 s-1)，該結果與低頻譜密度函式J(ω0)一致；S2平均值為0.93，說明其整體結構比較剛性，Q295-K300、E314-E318、R329-H330和D343-V346區域的S2數值分布於0.7-0.9之間，這些區域在ps-ns時間尺度內有本體的結構柔性。H322的親水側鏈位於β桶的外側，並且鄰近POA/RNA的結合表面，它的這種具有構象交換特徵的動力學性質可能可以介導不同的配體分子POA或RNA結合於MtRpsACTD_S1。