第5期精选论文之一：选择性标记，精准测定
——利用NMR技术揭示细菌蛋白对酸碱环境的适应机制
“超级细菌”耐药性的不断增强严重威胁着人类的生命健康，寻找新的抗菌药物靶点对研发新型抗菌药物来说至关重要。双组分信号转导系统（ Two-component signal transduction system，TCS）由组氨酸激酶（Histidine kinase，HK）和应答调节蛋白（Response regulator，RR）组成，这是一种广泛存在于细菌中，但在人类和其他哺乳动物中尚未发现的信号转导系统，被认为有发展为抗菌药物靶点的巨大潜力。借助双组分系统，细菌可对环境进行感知和响应，同时细菌的绝大多数生理过程（例如感知渗透压、营养元素的代谢、细胞壁的合成、细胞的增殖和分裂等）都受到双组分系统的调控。对该系统的调控机制进行研究有助于人类对细菌生命活动规律的了解，推动相关药物的研发。
蛋白质的同位素标记是利用核磁共振（NMR）技术研究蛋白质结构和动力学的重要基础。对于分子量较小的蛋白质，不需要进行同位素标记就能通过同核二维NMR技术进行结构解析。但随着蛋白质分子量的增大，谱线的重叠和线宽增加会非常严重，先进的同位素标记技术可有效地削弱这些影响，同时提高NMR实验的灵敏度和分辨率，简化谱图，从而实现NMR技术可检测蛋白质分子量上限的突破。
中国科学院武汉物理与数学研究所刘买利研究员和姜凌研究员利用NMR技术对细菌双组分系统的酸碱调控机制进行了研究。采用选择性标记的方法对组氨酸激酶HK853的组氨酸残基侧链进行13Cε1同位素标记，获得了清晰的NMR信号，突破了蛋白质分子量过大对运用NMR技术研究复杂蛋白质体系的限制。研究人员基于1H-13C HSQC实验对蛋白质体系进行pH滴定，测定HK853与底物形成复合物前后组氨酸残基侧链的pKa值，确定该蛋白质活性位点His260的侧链在催化反应中应呈现去质子化状态。同时结合蛋白质的酶活功能实验，进一步阐明了HK853组氨酸激酶的酸碱调控机制，为双组分信号转导系统调控机制的研究提供了新的数据。另外，文中运用氨基酸侧链选择性标记研究蛋白质分子机制的方法也为类似蛋白质体系的研究提供了可借鉴的经验。
该研究获得国家自然科学基金项目(21735007，21573280，21603268)资助，相关成果发表于《分析测试学报》2019年5期第503~509页。
doi:10.3969/j.issn.1004-4957.2019.05.001
【引用本文】：吉仕夏，刘乙祥，姜红鹰，李从刚，姜 凌，刘买利. 组氨酸激酶HK853酸碱调控机制的NMR研究 [J]. 分析测试学报，2019，38(5): 503-509.
【Cite this article】：JI Shi-xia, LIU Yi-xiang, JIANG Hong-ying, LI Cong-gang, JIANG Ling, LIU Mai-li. Investigation on pH Regulatory Mechanism of HK853 by NMR Spectroscopy [J]. Journal of Instrumental Analysis, 2019, 38(5): 503-509.
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