許多引起感染的細(xì)菌被兩個(gè)不同的膜包圍，這兩個(gè)膜形成其保護(hù)性細(xì)胞壁的一部分。外膜的表面包括稱為脂多糖(LPS)的緊密堆積的糖脂分子層，其提供對(duì)抗有害洗滌劑和抗生素的屏障。LPS在內(nèi)膜中合成，然后在外膜1中運(yùn)輸和組裝- 分子從內(nèi)膜的外層提取并穿過(guò)橋接到外膜，然后出現(xiàn)在細(xì)胞表面上。兩篇論文2，3發(fā)表在自然現(xiàn)在提供驅(qū)動(dòng)LPS運(yùn)輸分子過(guò)程的期盼已久的細(xì)節(jié)。

該LPS輸送裝置(已知為L(zhǎng)PTA-G)的七個(gè)元件的六個(gè)結(jié)構(gòu)已被完全表征1，4。他們揭示了LPS分子的門(mén)戶從外膜中的LptD和LptE亞基形成，并通過(guò)橋連接到內(nèi)膜中的泵(由LptF，LptG和兩個(gè)LptB亞基形成)，其包括一個(gè)或多個(gè)LptA亞基(圖1)。泵由細(xì)胞質(zhì)ATP(細(xì)胞的能量攜帶分子)的結(jié)合和水解驅(qū)動(dòng)，但它如何從內(nèi)膜結(jié)合LPS并僅向外泵送它們是未知的。需要全膜結(jié)構(gòu)的內(nèi)膜蛋白LptC來(lái)完成拼圖并解釋泵如何連接到橋。

李等人。2和歐文斯等人。3已經(jīng)解決了這個(gè)問(wèn)題。李等人。報(bào)告了使用低溫電子顯微鏡(cryo-EM)產(chǎn)生的來(lái)自細(xì)菌大腸桿菌的LptB2FGC復(fù)合物的結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)顯示復(fù)合物如何與LPS分子結(jié)合，以及當(dāng)LPS被捕獲并擠出到橋上時(shí)發(fā)生的復(fù)合物的構(gòu)象重排。歐文斯等人。目前來(lái)自其他兩種細(xì)菌(霍亂弧菌和陰溝腸桿菌)的LptB2FGC的X射線晶體結(jié)構(gòu)，它顯示了LPS如何不可逆地向外膜運(yùn)輸。

在結(jié)構(gòu) - 生物學(xué)研究中，膜蛋白通常從膜的脂質(zhì)雙層中提取到稱為膠束的洗滌劑的水溶性聚集體中。這使得膜蛋白的晶體能夠生長(zhǎng)。但由于膠束的結(jié)構(gòu)不同于天然膜的結(jié)構(gòu)，因此該過(guò)程會(huì)擾亂蛋白質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)。李等人。相反，選擇將LptB2FGC重新構(gòu)建為稱為納米圓盤(pán)的脂質(zhì)雙層微型塊，其由支架蛋白穩(wěn)定。納米圓盤(pán)嵌入式LptB2FGC復(fù)合物被證明是使用cryo-EM進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的理想選擇。

先前報(bào)道的X射線研究5，6LptB的2FG在去污劑膠束結(jié)晶顯露出內(nèi)部腔室，看起來(lái)好像它可能能夠容納LPS分子。然而，由于不可能獲得在腔室中結(jié)合LPS的結(jié)構(gòu)，因此無(wú)法確認(rèn)該腔室是LPS結(jié)合口袋的推測(cè) - 可能是因?yàn)長(zhǎng)PS通過(guò)洗滌劑分子從腔室移位。Li及其同事的努力已經(jīng)帶來(lái)了好處，因?yàn)樗鼈兊慕Y(jié)構(gòu)包含一個(gè)完整的LPS分子，埋在內(nèi)腔中，從而清楚地表明腔室的功能是與LPS結(jié)合。

李等人。使用cryo-EM研究LptB2FGC在不存在ATP且存在被稱為ADP-釩酸鹽的捕獲核苷酸的情況下，其被認(rèn)為在ATP水解反應(yīng)的過(guò)渡狀態(tài)期間模擬ATP的結(jié)構(gòu)。(過(guò)渡態(tài)是在反應(yīng)過(guò)程中形成的分子的構(gòu)型，其特征在于存在部分?jǐn)嗔押筒糠中纬傻逆I。)無(wú)ATP和ADP-釩酸鹽捕獲結(jié)構(gòu)的比較表明LPS從外部小葉傳遞。內(nèi)膜通過(guò)腔室側(cè)的開(kāi)口腔。從LptB傳遞到LptF和LptG的跨膜結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)重排然后將LPS鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢茫缓笱刂鴺驅(qū)⑵鋽D出。然而，需要進(jìn)一步的工作來(lái)確定ATP結(jié)合和水解步驟如何與LPS轉(zhuǎn)運(yùn)相結(jié)合。

一旦從膜中排出，LPS分子旋轉(zhuǎn)約90°以定位在LptF中的LPS結(jié)合基序(稱為β-果凍結(jié)構(gòu)域)內(nèi)。LptF和LptG都含有β-果凍結(jié)構(gòu)域，但只有LptF與LptC，LptA和LptD的β-果凍結(jié)構(gòu)域相互連接，從而形成與外膜的橋。

以前的研究5，6的LptB的2FG復(fù)合物(即，缺乏LPTC絡(luò)合物)顯示具有用于LPS的橫向條目?jī)煞N可能途徑幾乎對(duì)稱的結(jié)構(gòu)。邏輯提案4，6是LPS分子進(jìn)入兩條路線之間的轉(zhuǎn)運(yùn)交替?，F(xiàn)在必須放棄這個(gè)模型，因?yàn)長(zhǎng)i等人的新發(fā)現(xiàn)。和歐文斯等人。表明LptC打破了轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，因此LPS只進(jìn)入一條路徑。

發(fā)生對(duì)稱性破壞是因?yàn)長(zhǎng)ptC的單個(gè)跨膜螺旋在LptG的第一跨膜螺旋和LptF的第五跨膜螺旋之間楔入。此外，LptC的β-果凍域延伸至堆疊在LptF的頂部，從而形成用于運(yùn)輸LPS的連續(xù)凹槽。結(jié)果是在新結(jié)構(gòu)中只定義了LPS進(jìn)入和運(yùn)輸?shù)囊粭l途徑。歐文斯等人。使用稱為光交聯(lián)的生化技術(shù)確認(rèn)LPS通過(guò)LptF進(jìn)入橋接，繞過(guò)LptG。其他細(xì)菌5中的LPS轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是否通過(guò)LptG進(jìn)入橋仍有待觀察。

重要的是，兩項(xiàng)研究都表明，在缺乏LptC的復(fù)合物中，ATP水解在LptB2FGC復(fù)合物中更有效地與LPS轉(zhuǎn)運(yùn)相結(jié)合。ATP結(jié)合和水解的每個(gè)循環(huán)與從內(nèi)室排出一個(gè)LPS分子偶聯(lián)。出現(xiàn)的圖片是一排LPS分子，排隊(duì)通過(guò)橋梁?jiǎn)为?dú)通過(guò)。但是，盡管這種排隊(duì)模型看起來(lái)直觀直觀，但實(shí)際上，布朗運(yùn)動(dòng)應(yīng)該使LPS分子沿著橋梁來(lái)回跳舞。因此需要一種確保LPS轉(zhuǎn)運(yùn)僅在外膜方向上進(jìn)行的機(jī)制。

有趣的是，Owens等人。觀察到陰溝腸桿菌結(jié)構(gòu)中的LptFβ-果凍卷結(jié)構(gòu)域在橋的入口處具有用于LPS的開(kāi)放門(mén)，但是在霍亂弧菌結(jié)構(gòu)中門(mén)關(guān)閉。通過(guò)改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，作者能夠?qū)㈤l門(mén)鎖定在關(guān)閉狀態(tài)，有效阻斷LPS轉(zhuǎn)運(yùn)而不影響ATP水解。作者推斷，門(mén)打開(kāi)允許LPS滑過(guò)，但隨后在分子后面自發(fā)關(guān)閉以阻止任何向后流動(dòng)，就像棘輪的棘爪機(jī)構(gòu)一樣。

1972年的一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性研究7首次表明LPS運(yùn)輸是不可逆轉(zhuǎn)的。四十七年后，這些發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在終于可以用分子術(shù)語(yǔ)來(lái)理解了。努力目標(biāo)LPS運(yùn)輸為抗生素的發(fā)展正在尋找有前途的8-11。這兩項(xiàng)新研究提供了可能有助于這些努力的見(jiàn)解。