结构引导发现β?1,3-葡聚糖合酶FKS1的两个内源性调控因子：tRNA抑制剂与GSR1稳定剂

《Nature Communications》：Structural-guided identification of two modulators of β?1,3-glucan synthase FKS1

本研究针对真菌β?1,3-葡聚糖合酶FKS1的调控机制不明确这一关键科学问题，通过结构生物学与生化分析相结合的策略，首次揭示tRNA是FKS1的内源性抑制剂，而GSR1是其稳定因子。冷冻电镜结构显示tRNA介导FKS1形成同源二聚体的休眠状态，而GSR1通过稳定FKS1促进葡聚糖生物合成。该发现为研发新型FKS1靶向抗真菌药物提供了新靶点和理论依据。

　　

在微生物与人类健康的永恒博弈中，真菌感染始终是威胁免疫缺陷患者生命的隐形杀手。随着广谱抗生素和免疫抑制剂的广泛应用，侵袭性真菌病的发病率持续攀升，而现有抗真菌药物的耐药性问题日益严峻。在这场微观世界的军备竞赛中，真菌细胞壁因其在哺乳动物细胞中缺乏同源物而成为理想的药物靶点。其中，β?1,3-葡聚糖作为维持真菌细胞形态和完整性的核心组分，其合成关键酶——FKS1（β?1,3-glucan synthase）已成为棘白菌素类和伊布雷沙芬净等一线药物的作用靶点。然而令人困惑的是，尽管FKS1的药理重要性毋庸置疑，科学界对其内在调控机制的认识却始终笼罩在迷雾之中。这种认知空白严重制约了新型抗真菌药物的研发进程。

正是在这样的背景下，一项发表于《Nature Communications》的研究如同在迷雾中点亮了探照灯。研究团队采用冷冻电子显微镜（cryo-EM）这一结构生物学的利器，成功解析了FKS1的高分辨率结构，意外发现转运RNA（tRNA）这一蛋白质合成领域的"老演员"竟在酶活性调控中扮演着全新角色。更引人入胜的是，他们还鉴定出GSR1这一先前未被认识的稳定因子。这些发现不仅揭示了FKS1活性的精细调控网络，更为针对该酶的药物设计提供了新的思路。

关键技术方法包括：通过冷冻电镜解析FKS1及其复合物的三维结构，利用高分辨率密度分析鉴定结合配体，采用免疫共沉淀和点突变实验验证蛋白质相互作用，通过体外酶活测定评估调控因子对FKS1功能的影响。

研究结果：

tRNA介导的FKS1同源二聚体形成代表酶休眠状态

冷冻电镜结构分析显示，FKS1以tRNA桥接的方式形成对称的同源二聚体。这种独特的空间构象导致酶活性位点的遮蔽，首次从结构层面证实了β?1,3-葡聚糖合酶存在自抑制状态。特别值得注意的是，共纯化分析确认与FKS1结合的tRNA为内源性分子，而非实验 artefacts。

tRNA是FKS1的内源性抑制剂

功能实验表明，与FKS1特异性结合的tRNA能够显著抑制β?1,3-葡聚糖的合成活性。这种抑制效应具有剂量依赖性，且不同tRNA同工型表现出差异化的抑制效能，提示调控的特异性。

GSR1是FKS1的新型结合伴侣与稳定因子

高分辨率冷冻电镜密度图中发现一个此前未被注释的密度区域，通过质谱分析鉴定为GSR1蛋白。点突变实验证实GSR1与FKS1的跨膜结构域存在特异性相互作用，且该相互作用在进化上高度保守。

GSR1通过稳定FKS1促进β?1,3-葡聚糖生物合成

酶动力学研究表明，GSR1能够增强FKS1的结构稳定性，延长其半衰期，从而促进β?1,3-葡聚糖的高效合成。基因敲除实验进一步验证GSR1缺失会导致FKS1降解加速和葡聚糖合成障碍。

研究结论与讨论：

本研究首次建立了FKS1功能调控的双因子模型：tRNA作为内源性刹车器，通过诱导二聚化使酶保持休眠状态；而GSR1则作为分子支架，通过稳定FKS1结构维持其合成活性。这种精巧的平衡调控机制为确保真菌细胞壁动态合成的精确度提供了分子基础。特别值得注意的是，tRNA这一普遍存在的核酸分子竟在代谢酶调控中扮演特殊角色，这为理解RNA的非经典功能开辟了新视角。从转化医学角度，该研究揭示的调控节点为开发新型抗真菌策略提供了双重机会：既可设计模拟tinibitory tRNA结构的抑制剂，也可开发干扰FKS1-GSR1相互作用的化合物。鉴于GSR1在进化上的保守性，针对该通路的药物可能具备广谱抗真菌潜力。这项研究不仅解决了FKS1调控机制的长期谜题，更为应对日益严峻的抗真菌耐药性挑战提供了新的理论框架和干预思路。