浙江大学，清华大学发表Nature Structural & Molecular Biology文章

　　

生物通报道：来自浙江大学生命科学研究院，清华大学的研究人员报道了两个前所未有的GspD通道冷冻电镜结构，为理解胰泌素超家族，以及II类分泌系统底物运输的机制提供了一个结构基础。这一研究成果公布在1月9日的Nature Structural & Molecular Biology杂志上。

在革兰氏阴性细菌中已发现四种蛋白质分泌途径，称为I、II、III、IV型分泌机制，其中II类分泌系统的胰泌素(Secretin)又称促胰液素，是第一种被发现的激素，即由十二指肠粘膜S细胞和分散在空肠(主要是上端)的S细胞释放的消化道激素，这种激素主要作用是刺激胰脏外分泌腺分泌水和碳酸氢钠，刺激胆汁分泌，抑制胃泌素释放和胃酸分泌，以及抑制胃肠蠕动，并延缓胃液和固体食物的排空。

胰泌素GspD能在革兰氏阴性细菌中形成穿过外膜的通道，将底物从细胞周质运输到细胞外环境去。然而目前这种GspD通道的原子分辨率结构尚不清楚，这阻碍了II类分泌系统的进一步研究。为此在这篇文章中，研究人员报道了两个GspD通道（〜1 MDa）的冷冻电镜结构，分辨率约为3Å，这两个GspD通道分别来自大肠杆菌K12和霍乱弧菌。

通过分析这些结构，研究人员发现了一个十五聚体通道结构，构成了GspD N结构域的三个环状结构，形成周质通道。胰泌素结构域组成了一种新的双β-桶通道结构，每个“桶”中至少有60个β-链，并通过S结构域维持稳定。外膜通道则由富含β链的门控密封，由此研究人员在捕获的开放结构基础上提出了一个详细的开门机制。

总体来说，这一结构为理解胰泌素超家族，以及II类分泌系统底物运输的机制提供了一个结构基础。

（生物通：张迪）

作者简介：

李雪明（Xueming Li）

研究员

1998-2002年 北京科技大学 材料物理系 学士

2002-2005年 北京科技大学 材料物理与化学系 硕士

2005-2009年 中科院物理研究所 凝聚态物理 博士

2009-2013年 加州大学旧金山分校 博士后

2014年至今 清华大学生命科学学院 研究员

主要科研领域与方向:

主要从事冷冻电子显微学理论和方法研究，着重于开发和利用最新的电子显微学技术，以提高冷冻电子显微学三维重构的分辨率到原子水平；同时致力于将电子显微学应用到结构生物学研究中去，以解决与结构相关的重要生物学问题。

朱永群（Yongqun Zhu）

浙江大学生命科学研究院教授、博士生导师
国家自然科学基金委重点项目负责人

英国皇家学会牛顿高级学者

国家基金委优秀青年科学基金获得者
浙江省杰出青年科学基金获得者

教育背景
1998年-2002年 南开大学 生物物理学 学士
2002年-2007年 中国科学院生物物理研究所 生物化学与分子生物学 博士 导师：王大成 院士

工作背景
2007年-2010年 北京生命科学研究所 博士后 导师：邵峰 院士
2010年-2012年 美国霍华德-休斯医学研究所 访问学者 合作导师：Nikola Pavletich 院士
2012年-至今 浙江大学生命科学研究院教授，研究员，博士生导师

学术奖项
2015年 国家自然科学基金委重点项目负责人
2014年 英国皇家学会牛顿高级学者
2013年 国家自然科学基金委优秀青年科学基金获得者
2012年 浙江省杰出青年科学基金获得者
2007年 中国科学院“优秀博士毕业生”
2006年 中国科学院“院长优秀奖学金

原文摘要：

Structural insights into the secretin translocation channel in the type II secretion system

The secretin GspD of the type II secretion system (T2SS) forms a channel across the outer membrane in Gram-negative bacteria to transport substrates from the periplasm to the extracellular milieu. The lack of an atomic-resolution structure of the GspD channel hinders the investigation of substrate translocation mechanism of T2SS. Here we report cryo-EM structures of two GspD channels (~1 MDa), from Escherichia coli K12 and Vibrio cholerae, at ~3 Å resolution. The structures reveal a pentadecameric channel architecture, wherein three rings of GspD N domains form the periplasmic channel. The secretin domain constitutes a novel double β-barrel channel, with at least 60 β-strands in each barrel, and is stabilized by S domains. The outer membrane channel is sealed by β-strand-enriched gates. On the basis of the partially open state captured, we proposed a detailed gate-opening mechanism. Our structures provide a structural basis for understanding the secretin superfamily and the mechanism of substrate translocation in T2SS.