Tad菌毛对齐复合体的结构解析：揭示假单胞菌周质导管在菌毛延伸中的关键作用

本研究针对假单胞菌Tad（紧密粘附）菌毛的结构与组装机制这一科学难题，通过冷冻电镜技术首次解析了RcpC蛋白形成的十二聚体周质复合体结构，揭示了其作为菌毛对齐复合体（alignment complex）的关键作用。研究人员发现RcpC通过跨膜螺旋锚定在内膜，并与外膜分泌素RcpA相互作用，形成跨越周质的连续通道，为Tad菌毛延伸至胞外提供结构基础。该成果发表于《Nature Communications》，为理解细菌生物膜形成和致病机制提供了新视角。

　　

在细菌与宿主的博弈中，菌毛如同微型"分子鱼叉"，帮助病原体锚定宿主细胞并形成顽固的生物膜。其中，Tad（Tight adherence）菌毛因其在铜绿假单胞菌等机会性致病菌中的关键作用而备受关注。这种与经典IV型菌毛（T4P）同源的纳米机器，虽已知参与细菌聚集和生物膜形成，但其跨越细菌双层膜的精密组装机制始终笼罩在迷雾中。更令人困惑的是，尽管Tad菌毛系统缺少类似T4P中明确的周质对齐复合体，却仍能高效完成菌毛跨膜延伸——这一矛盾成为领域内亟待破解的谜题。

来自King's College London等机构的研究团队通过多学科交叉方法，首次揭示了Tad菌毛系统的核心组件RcpC形成十二聚体周质复合体的精细结构，证明其作为菌毛对齐复合体的关键功能。这项发表于《Nature Communications》的研究不仅填补了Tad菌毛组装机制的理论空白，更为抗生物膜药物的开发提供了精准靶点。研究人员主要运用冷冻电镜单颗粒分析技术解析RcpC结构，结合SEC-MALS测定复合体分子量，通过基因敲除和功能实验验证表型，并采用AlphaFold进行结构预测和建模。

RcpC是Tad菌毛功能的关键要素
通过构建铜绿假单胞菌ΔfliCΔpilAΔrcpC突变株，研究发现缺失rcpC基因完全消除了Tad介导的细胞聚集现象，证明RcpC是菌毛功能不可或缺的组分。Western blot实验证实RcpC通过N端跨膜螺旋锚定在内膜，其周质结构域（RcpC_33-303）可自发形成十二聚体。

RcpC-RcpA形成跨周质复合体
SEC-MALS显示RcpC_33-303形成365kDa的十二聚体，冷冻电镜负染观察到直径10nm的环状结构。与分泌素RcpA的周质域（RcpA_N）共纯化实验证实两者形成412kDa的稳定复合体，交联实验进一步验证了这一相互作用。

β-发夹结构与寡聚化决定相互作用
AlphaFold预测显示RcpC通过C端β-发夹与RcpA_N结合。功能实验表明，缺失β-发夹的RcpC_1-259虽能表达但丧失菌毛功能，而缺失L3连接区的RcpC_33-233无法寡聚化，证实寡聚化是RcpC-RcpA互作的前提条件。

RcpC十二聚体的高分辨结构
2.5?冷冻电镜结构揭示RcpC十二聚体呈C6对称性，直径15nm，中央具有5nm孔径的通道，完美匹配Tad菌毛4.5nm的直径。结构显示D1域形成六对二聚体，D2域构成十二聚体环，L3连接区介导亚基间相互作用，四个界面（总计2400?²）维持复合体稳定。

Tad菌毛全组装模型
整合RcpA（EMD-51732）、Flp菌毛（PDB:8ODN）和TadABC（AlphaFold3预测）的结构数据，首次构建了跨越双膜的Tad菌毛完整模型。该模型支持"诱导组装"假说：RcpCβ-发夹与RcpA_N的互作触发构象变化，打开周质通道允许菌毛延伸。

这项研究从根本上改变了人们对Tad菌毛组装机制的理解。RcpC十二聚体的发现确立了Tad系统的对齐复合体存在，其独特的对称性错配（13:12 RcpA:RcpC）为细菌纳米机器的进化提供了新见解。更关键的是，5nm中央通道的结构特征为针对Tad菌毛的抗生物膜药物设计提供了精确靶标。考虑到铜绿假单胞菌在医院获得性感染和囊性纤维化患者中的致命威胁，这项基础研究的突破或将开辟抗感染治疗的新途径。