HypB蛋白无序N端延伸区调控大肠杆菌中镍铁氢化酶成熟的结构机制研究

这篇综述通过核磁共振(NMR)等技术揭示了HypB蛋白N端无序区(NTE)在[NiFe]-氢化酶成熟中的关键作用。研究发现NTE虽呈现内在无序特性，但具有残余二级结构，并能与HypB的GTP酶结构域(G-domain)及金属伴侣蛋白SlyD形成瞬时相互作用。特别值得注意的是，NTE通过其CxxCGC基序的高亲和力Ni(II)结合位点，构建了复杂的蛋白互作网络，调控镍离子从SlyD到HypA的传递过程，为理解金属伴侣蛋白的协同工作机制提供了分子层面的新见解。

　　

Structural investigations connect the disordered N-terminal extension of HypB to the activities of HypB and SlyD in E. coli

1. 引言

   [NiFe]-氢化酶是微生物能量代谢的核心酶类，其活性中心的Ni(II)离子插入需要HypB、SlyD和HypA组成的金属传递通路协同完成。本研究聚焦HypB蛋白N端延伸区(NTE)如何调控其GTP酶结构域(G-domain)功能，该区域包含高亲和力的CxxCGC镍结合基序，而G-domain则具有受核苷酸调控的低亲和力镍结合位点。

2. 结果

   2.1 NTE介导蛋白相互作用

   凝胶过滤实验证实，分离的NTE片段能独立结合SlyD和HypB的G-domain。单体化HypB(mHypB)与SlyD形成59.4 kDa复合物，而单独G-domain(mG-domain)几乎不与SlyD相互作用，凸显NTE的关键桥梁作用。

2.2 NTE的结构特征

NMR显示NTE虽整体呈现内在无序特性，但存在显著的残余结构：N端α-螺旋(Thr3-Glu9)和中心β-链(Arg26-Thr49)构象。弛豫实验测得NTE平均R₂值为4.8 s^-1，符合典型无序蛋白特征。

2.3 镍结合引发的构象变化

加入NiSO₄后，CxxCGC基序中Cys5/7化学位移变化达12.2/7.2 Hz，Glu9信号显著展宽。值得注意的是，远端His19/22/62等残基也受影响，暗示可能存在辅助镍结合位点。金属结合使NTE与G-domain相互作用增强，体现在mHypB中NTE信号强度普遍下降50%。

2.4 SlyD的结合模式

SlyD主要结合NTE中心β-链区域(Phe30-Ser51)，该区域同样参与G-domain相互作用。关键发现是：SlyD结合会进一步影响G-domain中Walker B基序(Ile190)等关键功能位点，这解释了SlyD能加速HypB GTP酶活性的分子机制。

1. 讨论

   研究提出了创新的"模糊复合物"模型：NTE通过多位点瞬时相互作用，动态调控SlyD与G-domain间的信号传递。在镍传递路径中，SlyD首先通过其IF和PPIase结构域结合NTE中心区域，进而将C端尾部的镍离子传递给G-domain。该发现为理解金属伴侣网络的工作机制提供了范式，其原理可能适用于UreE等含无序区的金属转运蛋白。

技术亮点包括：

• 首次解析NTE在完整HypB中的构象动态

• 发现非CxxCGC区域的潜在镍结合残基

• 阐明SlyD变构调控G-domain的分子路径

这些发现不仅深化了对[NiFe]-氢化酶成熟机制的认识，也为设计调控金属稳态的干预策略提供了新靶点。