硫酸乙酰肝素（HS）是位于細胞表面和細胞外基質(zhì)中最常見和最重要的糖胺聚糖之一，在一系列生物過程中發(fā)揮重要作用，包括發(fā)育、炎癥、血管生成、細胞生長和病毒感染。HS的降解需要多種溶酶體酶的協(xié)同作用，其中，乙酰肝素-α-氨基葡萄糖N-乙酰轉(zhuǎn)移酶（HGSNAT）是HS降解中唯一的非水解酶和溶酶體跨膜蛋白酶，催化HS末端氨基葡萄糖的跨膜乙?；瑥亩M一步裂解。HGSNAT功能障礙導致HS在多個細胞和組織的溶酶體中積累，最終導致神經(jīng)性溶酶體貯積病（LSD）——粘多糖癥ⅢC（MPS ⅢC），表現(xiàn)為神經(jīng)功能惡化、多動、睡眠障礙、聽力喪失和兒童癡呆。然而，目前該疾病并沒有好的治療方法，因此闡明HGSNAT的結(jié)構(gòu)對于開發(fā)藥物伴侶以及靶向HGSNAT治療MPS ⅢC至關(guān)重要。

2024年5月20日，中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心于杰課題組聯(lián)合上?？萍即髮W蓋景鵬課題組以及加拿大蒙特利爾大學Alexey V. Pshezhetsky課題組在Nature Structural & Molecular Biology發(fā)表了題為“Structure and mechanism of lysosome transmembrane acetylation by HGSNAT”的研究論文，解析了HGSNAT 無底物結(jié)合apo狀態(tài)、與乙酰輔酶A（Ac-CoA）結(jié)合以及與乙?；a(chǎn)物結(jié)合的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，分辨率高達2.59 ?，揭示了HGSNAT介導的一種全新的溶酶體跨膜區(qū)乙酰化的催化機制，完全不同于傳統(tǒng)的乙酰轉(zhuǎn)移酶，為開發(fā)更有效的治療MPS IIIC疾病的治療策略提供了結(jié)構(gòu)見解。

圖1 HGSNAT的整體結(jié)構(gòu)

在本項研究中，作者首先解析了以二聚化的形式存在的HGSNAT，整體形狀類似于大寫字母“M”，是一種全新的折疊結(jié)構(gòu)（圖1）。HGSNAT的跨膜螺旋形成親水性的跨膜通道。位于胞質(zhì)側(cè)的Ac-CoA進入跨膜通道并引起通道擴張。通道中的活化位點組氨酸和天冬酰胺催化乙酰基從Ac-CoA轉(zhuǎn)移到位于溶酶體側(cè)的HS的葡萄糖胺基，完成乙?；鶑募毎|(zhì)一側(cè)轉(zhuǎn)移到溶酶體側(cè)。反應后，游離CoA被釋放到細胞質(zhì)中，乙?；疕S擴散到溶酶體腔內(nèi)，進一步被降解（圖2）。

圖2 HGSNAT的跨膜催化模型

中國科學院上海有機化學研究所生物與化學交叉研究中心博士研究生徐睿聲，上?？萍即髮W碩士研究生寧瑩潔為本文共同第一作者。于杰研究員，蓋景鵬教授與Alexey V. Pshezhetsky教授為本文共同通訊作者。有機所交叉中心朱正江研究員以及本文其他作者也做出了重要貢獻。該工作得到了上海臨港實驗室和上海浦江計劃的資助。

于杰研究員長期招聘細胞生物學、神經(jīng)生物學、分子生物學和結(jié)構(gòu)生物學方向博士后和科研助理，歡迎申請。對于優(yōu)秀的博士后人選，將推薦申請中國科學院生物與化學交叉研究中心 “博士后獨立PI培育”計劃 （https://www.ircbc.ac.cn/view.do?id=2747）。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41594-024-01315-5