提高脂多糖转运率

许多引起感染的细菌被两个不同的膜包围，这两个膜形成其保护性细胞壁的一部分。外膜的表面包括称为脂多糖(LPS)的紧密堆积的糖脂分子层，其提供对抗有害洗涤剂和抗生素的屏障。LPS在内膜中合成，然后在外膜1中运输和组装- 分子从内膜的外层提取并穿过桥接到外膜，然后出现在细胞表面上。两篇论文2，3发表在自然现在提供驱动LPS运输分子过程的期盼已久的细节。

该LPS输送装置(已知为LPTA-G)的七个元件的六个结构已被完全表征1，4。他们揭示了LPS分子的门户从外膜中的LptD和LptE亚基形成，并通过桥连接到内膜中的泵(由LptF，LptG和两个LptB亚基形成)，其包括一个或多个LptA亚基(图1)。泵由细胞质ATP(细胞的能量携带分子)的结合和水解驱动，但它如何从内膜结合LPS并仅向外泵送它们是未知的。需要全膜结构的内膜蛋白LptC来完成拼图并解释泵如何连接到桥。

李等人。2和欧文斯等人。3已经解决了这个问题。李等人。报告了使用低温电子显微镜(cryo-EM)产生的来自细菌大肠杆菌的LptB2FGC复合物的结构。这些结构显示复合物如何与LPS分子结合，以及当LPS被捕获并挤出到桥上时发生的复合物的构象重排。欧文斯等人。目前来自其他两种细菌(霍乱弧菌和阴沟肠杆菌)的LptB2FGC的X射线晶体结构，它显示了LPS如何不可逆地向外膜运输。

在结构 - 生物学研究中，膜蛋白通常从膜的脂质双层中提取到称为胶束的洗涤剂的水溶性聚集体中。这使得膜蛋白的晶体能够生长。但由于胶束的结构不同于天然膜的结构，因此该过程会扰乱蛋白质的天然结构。李等人。相反，选择将LptB2FGC重新构建为称为纳米圆盘的脂质双层微型块，其由支架蛋白稳定。纳米圆盘嵌入式LptB2FGC复合物被证明是使用cryo-EM进行结构分析的理想选择。

先前报道的X射线研究5，6LptB的2FG在去污剂胶束结晶显露出内部腔室，看起来好像它可能能够容纳LPS分子。然而，由于不可能获得在腔室中结合LPS的结构，因此无法确认该腔室是LPS结合口袋的推测 - 可能是因为LPS通过洗涤剂分子从腔室移位。Li及其同事的努力已经带来了好处，因为它们的结构包含一个完整的LPS分子，埋在内腔中，从而清楚地表明腔室的功能是与LPS结合。

李等人。使用cryo-EM研究LptB2FGC在不存在ATP且存在被称为ADP-钒酸盐的捕获核苷酸的情况下，其被认为在ATP水解反应的过渡状态期间模拟ATP的结构。(过渡态是在反应过程中形成的分子的构型，其特征在于存在部分断裂和部分形成的键。)无ATP和ADP-钒酸盐捕获结构的比较表明LPS从外部小叶传递。内膜通过腔室侧的开口腔。从LptB传递到LptF和LptG的跨膜结构域的结构重排然后将LPS锁定在适当的位置，然后沿着桥将其挤出。然而，需要进一步的工作来确定ATP结合和水解步骤如何与LPS转运相结合。

一旦从膜中排出，LPS分子旋转约90°以定位在LptF中的LPS结合基序(称为β-果冻结构域)内。LptF和LptG都含有β-果冻结构域，但只有LptF与LptC，LptA和LptD的β-果冻结构域相互连接，从而形成与外膜的桥。

以前的研究5，6的LptB的2FG复合物(即，缺乏LPTC络合物)显示具有用于LPS的横向条目两种可能途径几乎对称的结构。逻辑提案4，6是LPS分子进入两条路线之间的转运交替。现在必须放弃这个模型，因为Li等人的新发现。和欧文斯等人。表明LptC打破了转运蛋白的结构对称性，因此LPS只进入一条路径。

发生对称性破坏是因为LptC的单个跨膜螺旋在LptG的第一跨膜螺旋和LptF的第五跨膜螺旋之间楔入。此外，LptC的β-果冻域延伸至堆叠在LptF的顶部，从而形成用于运输LPS的连续凹槽。结果是在新结构中只定义了LPS进入和运输的一条途径。欧文斯等人。使用称为光交联的生化技术确认LPS通过LptF进入桥接，绕过LptG。其他细菌5中的LPS转运蛋白是否通过LptG进入桥仍有待观察。

重要的是，两项研究都表明，在缺乏LptC的复合物中，ATP水解在LptB2FGC复合物中更有效地与LPS转运相结合。ATP结合和水解的每个循环与从内室排出一个LPS分子偶联。出现的图片是一排LPS分子，排队通过桥梁单独通过。但是，尽管这种排队模型看起来直观直观，但实际上，布朗运动应该使LPS分子沿着桥梁来回跳舞。因此需要一种确保LPS转运仅在外膜方向上进行的机制。

有趣的是，Owens等人。观察到阴沟肠杆菌结构中的LptFβ-果冻卷结构域在桥的入口处具有用于LPS的开放门，但是在霍乱弧菌结构中门关闭。通过改变蛋白质结构，作者能够将闸门锁定在关闭状态，有效阻断LPS转运而不影响ATP水解。作者推断，门打开允许LPS滑过，但随后在分子后面自发关闭以阻止任何向后流动，就像棘轮的棘爪机构一样。

1972年的一项开创性研究7首次表明LPS运输是不可逆转的。四十七年后，这些发现现在终于可以用分子术语来理解了。努力目标LPS运输为抗生素的发展正在寻找有前途的8-11。这两项新研究提供了可能有助于这些努力的见解。