真菌tRNA连接酶ATP结合口袋的适应性：抗真菌药物开发的新靶点

本研究解析了白色念珠菌tRNA连接酶(TRL1)腺苷酸转移酶域(LIG)的晶体结构，发现其ATP结合口袋存在"开放"和"闭合"两种构象状态，揭示了SW2、SW1和H144等关键位点在构象转换中的调控作用。该研究为开发靶向真菌特异性tRNA修复机制和未折叠蛋白反应(UPR)的新型抗真菌药物提供了结构基础。

　　

在真菌感染治疗领域，念珠菌病作为最常见的侵袭性真菌感染，其高死亡率始终是临床面临的重大挑战。现有抗真菌药物普遍存在毒性大、易产生耐药性等问题，而人类与真菌在真核生物层面的相似性又使得特异性靶点难以寻觅。这种困境促使科学家将目光投向真菌特有的生存机制——tRNA连接酶(TRL1)介导的tRNA修复系统和未折叠蛋白反应(UPR)通路。

意大利国家研究委员会生物化学与细胞生物学研究所（Istituto di Biochimica e Biologia Cellulare, CNR）联合法国斯特拉斯堡大学的研究团队在《NAR Molecular Medicine》发表的研究，通过X射线晶体学等技术解析了白色念珠菌TRL1腺苷酸转移酶域(LIG)的精细结构。研究发现该酶存在独特的构象可塑性，其ATP结合口袋可适应不同配体形态，这为设计靶向该口袋的抗真菌药物提供了重要依据。

研究人员采用的主要技术包括：蛋白质结晶和X射线衍射数据收集（使用Soleil同步辐射光源Proxima 2A光束线）、分子置换法解析晶体结构（以Chaetomium thermophilum TRL1为模板）、结构精修与验证（运用PHENIX和BUSTER软件包）、以及基于序列比对的功能残基保守性分析。这些方法成功捕获了酶-AMP复合物的两种不同构象状态。

【Conserved residues in fungi Ligase Domains】

通过多物种序列比对发现，白色念珠菌LIG域与其它真菌同源蛋白保持35-36%的序列相似性，关键催化基序（I、Ia、III、IV、V）高度保守。特别值得注意的是，SW2环上的F186-E187-E188-H189序列在所有真菌中都严格保守，这些位点的突变已被证实会导致酶活丧失。

【Structure Determination and overall architecture】

晶体结构解析显示不对称单元中存在两个构象不同的分子（molA和molB）。全局结构比对显示两者RMSD为1.90?，但局部构象差异显著。引人注目的是，研究首次观察到完整的C端α螺旋h11，该结构元件可能参与连接LIG域与激酶域，并增强蛋白稳定性。

【The Effects of Subdomains' Orientation on Conformation】

通过多边形建模分析发现，molA呈"闭合"状态而molB呈"开放"状态，类似于已报道的Chaetomium thermophilum APK复合物构象。这种构象变化主要由SW2环（连接β链S8-S9）介导，该环通过F186、E187、E188和H189等残基与其它结构域形成动态相互作用网络。

【The Role of Interactions between N-Terminal and C-Terminal Subdomains】

在闭合状态（molA），SW2中的F186通过疏水作用与D183结合，E187-E188与h9-h10环形成氢键网络。而在开放状态（molB），F186转而与H144相互作用，H144又稳定了C114的构象。这些发现解释了为何H144突变会影响tRNA连接酶对HAC1 mRNA底物的亲和力。

【Identifying the ligand occupying the pocket】

尽管结晶时加入ATP，电子密度图清晰显示两个原体中均结合着非共价AMP分子。在molA中，AMP呈中间型syn构象（χ角76.7°），其腺嘌呤被I115、Y80、F83、K110和V265形成的疏水环境包围。而在molB中，AMP采取anti构象（χ角-128.5°），其磷酸基团与K82、K280形成盐桥。

【Insights into the conformation and Stabilization Mechanisms of AMP Molecules】

比较结构分析揭示H203作为"门控"残基的关键作用——在不同构象中该残基会重新定位，改变ATP结合口袋的拓扑结构。特别值得注意的是，A111（在其它真菌中可能被谷氨酸取代）与AMP的特异性相互作用，暗示了真菌种间ATP结合口袋的细微差异可能被用于设计特异性抑制剂。

这项研究的重要意义在于：首次揭示了白色念珠菌TRL1 LIG域的动态构象变化机制，阐明了SW2、SW1和H144等保守位点在构象转换中的核心作用。特别有价值的是发现了ATP结合口袋的"形态可塑性"——它能够通过残基重排来适应不同构象的AMP分子。这种特性为设计"构象选择性"抗真菌药物提供了新思路：可以开发能够稳定特定酶构象的小分子，从而选择性干扰真菌tRNA修复或UPR通路。考虑到TRL1在真菌中的必需性和保守性，针对其ATP结合口袋的药物有望成为广谱抗真菌剂，同时因其作用机制的特异性，可能大幅降低对宿主细胞的毒性。该研究不仅为抗真菌药物开发提供了新靶点，也为理解RNA连接酶家族的催化机制贡献了重要结构见解。