生物通报道：早年毕业于华东师范大学的蒋华良研究员发展和应用了生物学、化学、计算机和信息科学等多种学科交叉的新方法和新技术，深入开展药物设计、药物新靶标的发现、药物靶标构象变化与药理功能关系等研究，去年其研究组曾在Nature上发文，获得鞘氨醇磷酸酯调控机制研究新成果，近期他们针对金黄色葡萄球关键蛋白水解酶ClpP，开展调控机制研究，取得重要进展，相关成果公布在美国生物化学学会专业期刊Journal of Biological Chemistry上。

这项研究由蒋华良课题组与杨财广课题组合作，他们带领博士研究生张婕、叶飞，综合运用计算、实验相结合的手段，阐明了细菌ClpP组装体调控蛋白降解的动态机制。ClpP是细菌中关键的蛋白水解系统，由上下两个七聚体自组装成一个球形腔体。现有研究表明，其基因敲除后金黄色葡萄球菌的致病能力显著降低1000倍以上。

在这篇文章中，研究人员首先成功获得该蛋白酶的两种晶体结构，观察到其两种功能构象：Extended伸展构象和Compressed压缩构象。进而，以计算生物学研究为导向，结合实验手段，发现了ClpP在这两种构象间的动态变化由上下两个七聚体之间的氢键网络所调控，该网络主要由上下两个半球中七对残基R171和D170所组成，可以稳定伸展的构象。最终，该研究阐明了ClpP的动态调控机制：多肽底物进入ClpP空腔后被催化位点降解，催化位点包括三个残基：S98、H124、D172，其中H124与底物、S98以及D172之间都存在较强的氢键网络。降解产物在活性中心的积累造成局部分子间相互作用方式的改变，引起底物与H124之间的氢键断裂，H124发生翻转，继而导致D172的取向发生变化。进而，D172取向的变化传递到R171_D170网络，使得该网络中的相互作用也遭到破坏，Extended伸展构象不能保持稳定，逐渐转变成Compressed压缩构象，释放降解产物出催化腔体。在调控机制研究的基础上，该团队进而开展ClpP化学生物学和抗菌药物发现的研究。首次发现几类活性较好的小分子拮抗剂和抑制剂，相关计算生物学、结构生物学和化学生物学的研究进展顺利。

这一研究团队有机结合理论指导和实验验证，积极探索耐药病原菌感染防治这一重大科学问题；基于新靶标、新作用机制，瞄准新的化学结构，为进一步开展新类型抗菌小分子活性候选化合物的发现提供切实可行的研究思路和模式。

（生物通：万纹）

原文摘要：

STRUCTURAL SWITCHING OF STAPHYLOCOCCUS AUREUS CLPP: A KEY TO UNDERSTANDING PROTEASE DYNAMICS

ATP-dependent Clp protease (ClpP) is an attractive new target for the development of anti-infective agents. The ClpP protease consists of two heptameric rings that enclose a large chamber containing fourteen proteolytic active sites. Recent studies indicate that ClpP likely undergoes conformational switching between an extended and degradatively active state required for substrate proteolysis, and a compacted and catalytically inactive state allowing product release. Here, we present the wild-type ClpP structures in two distinct states from Staphylococcus aureus (SaClpP). One structure is very similar to those solved ClpP structures in the extended states. The other is strikingly different from both the extended and the compacted state as observed in ClpP from other species; the handle domain of this structure kinks to take on a compressed conformation. Structural analysis and molecular dynamic simulations show that the handle domain predominantly controls the way in which degradation products exit the chamber through dynamic conformational switching from the extended state to the compressed state. Given the highly conserved sequences among ClpP from different species, this compressed conformation is unexpected and novel, which is potentially valuable for understanding the enzymatic dynamics and the acting mechanisms of ClpP.

作者简介：

蒋华良 ， 男，研究员，博士生导师。现任中国科学院上海药物研究所副所长、所学术委员会副主任、药物发现与设计中心主任。 蒋华良研究员 1987 年毕业于南京大学化学系，获得学士学位； 1992 年毕业于华东师范大学化学系，获得理学硕士学位； 1995 年毕业于中国科学院上海药物研究所，师从嵇汝运院士和陈凯先院士，获得理学博士学位。随后留在药物所工作，历任副研究员、研究员、博士生导师、药物发现与设计中心主任、所学术委员会副主任、副所长等职。他是国家杰出青年基金获得者，科技部 973 计划首席科学家，科技部 863 计划“生物和医药技术领域”专家组成员，科技部中长期规划重大基础研究项目“蛋白质科学研究”专家组成员，国家自然科学基金委重大研究计划“基于化学小分子探针的信号转导过程研究”专家组成员。
 

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