高ATP酶活性细菌肌动蛋白SpeMreB1调控螺旋菌游动必需蛋白SpeMreB5聚合的分子机制

为解决Spiroplasma（螺原体）游动机制中MreB亚型功能不明的关键问题，研究人员通过融合蛋白PrS成功纯化出可溶性SpeMreB1，发现其具有MreB家族最高的ATP水解活性（Pi释放速率达8.0 nM/s/μM）和核苷酸依赖性聚合动态（ADP状态下临界浓度CC比ATP高9.3倍），并证实其通过调控SpeMreB5丝状结构解聚驱动运动。该研究揭示了无壁细菌将静态MreB蛋白转化为动态运动机器的进化策略，为病原体运动机制研究提供新范式。

　　

在微生物世界中，运动能力是病原体入侵宿主的关键武器。然而，有一类名为Spiroplasma（螺原体）的无细胞壁病原菌却打破了常规——它们既没有鞭毛也没有菌毛，却能通过独特的螺旋体扭动实现游动。这种神秘的运动方式依赖于五种细菌肌动蛋白MreB的亚型（SMreB1-5），但其中最关键的SMreB1因难以纯化，其分子机制始终成谜。日本大阪都市大学的研究团队在《Journal of Biological Chemistry》发表的研究，终于揭开了这个进化谜题。

研究人员巧妙地采用土壤细菌Myxococcus xanthus的孢子表面蛋白PrS作为 solubilization tag（增溶标签），首次成功纯化出可溶性SpeMreB1（Spiroplasma eriocheiris来源的SMreB1）。通过负染色电镜、超速离心沉降、磷酸盐释放测定等技术，团队系统解析了其动态特性。研究发现，SpeMreB1展现出惊人的ATP水解活性（P_i释放速率8.0 nM/s/μM），是已报道MreB家族的最高记录，甚至超过动物肌动蛋白（2.6 nM/s/μM）。其聚合行为对核苷酸状态极其敏感：ATP存在时形成片层结构（临界浓度C_C=0.41 μM），而ADP状态下聚合能力骤降9.3倍。

SpeMreB1与SpeMreB5的精密协作

研究揭示了SpeMreB1作为"分子管理者"的核心作用。通过共沉降实验发现，SpeMreB1特异性结合SpeMreB5的丝状结构而非单体，且在ADP或AMPPNP（不可水解ATP类似物）存在时，能显著减少SpeMreB5丝状体数量。这种调控具有核苷酸依赖性——当SpeMreB1携带ATP时，其与SpeMreB5的相互作用保持平衡；而一旦水解为ADP，便触发后者丝状体解聚。在人工合成的最小细菌JCVI-syn3B中，聚合缺陷型突变体SpeMreB1 E275R完全丧失了驱动运动的能力，证实了这种动态调控的生物学意义。

膜定位的分子基础

AlphaFold2结构预测显示，SpeMreB1虽缺乏传统MreB的膜结合基序，但其IA/IB亚结构域存在连续正电荷区域。脂质体结合实验证实，SpeMreB1能通过静电作用结合含阴离子脂质（如DOPG和心磷脂CL）的膜结构，且这种结合不受核苷酸状态影响。这与SpeMreB5形成鲜明对比——后者仅在无核苷酸状态下通过C端带正电尾部结合膜。

这项研究首次阐明SpeMreB1通过三重分子特性驱动运动：超高的ATP酶活性实现快速能量转换、核苷酸敏感的聚合动态提供机械力、对SpeMreB5丝状体的精准调控构建运动节律。这种将保守的细胞骨架蛋白"改造"为运动机器的进化策略，不仅解释了Spiroplasma的独特运动机制，更为设计人工分子马达提供了新思路。研究建立的PrS融合蛋白纯化方法，也为其他难溶性细胞骨架蛋白的功能解析开辟了道路。