三聚体自转运蛋白粘附素与肽聚糖结合周质蛋白复合物形成机制的深入解析

本研究针对革兰氏阴性菌中三聚体自转运蛋白粘附素（TAA）与肽聚糖结合蛋白TpgA之间的稳定复合物形成机制展开深入探索。通过Pull-down assay、X-ray crystallography及分子动力学模拟等技术，研究人员首次解析了AtaA-TM与TpgA-N形成的A3B3异源六聚体结构，揭示其通过静电与疏水相互作用实现稳定结合，该发现拓展了对细菌外膜蛋白组装与细胞包被功能的理解，对病原菌粘附及生物膜形成的防控具有重要启示。

　　

在革兰氏阴性菌中，三聚体自转运蛋白粘附素（Trimeric Autotransporter Adhesins, TAAs）是一类广泛分布于外膜（Outer Membrane, OM）的蛋白，主要参与细菌对生物和非生物表面的粘附、细胞聚集及生物膜形成等过程。TAAs通常由分泌至细胞表面的乘客结构域（passenger domain）和嵌入外膜的跨膜结构域（transmembrane domain）组成。尽管在分泌过程中TAAs与分子伴侣或辅助蛋白存在短暂互作，但分泌完成后TAAs通常被认为以独立形式存在于外膜，并不与其他蛋白形成稳定复合物。然而，Acinetobacter sp. Tol 5 中其TAA蛋白AtaA能与周质蛋白TpgA形成稳定复合物，这一现象挑战了以往认知，促使研究者深入探索其互作机制与结构基础。

为阐明TpgA与AtaA之间的相互作用，研究团队综合运用多种技术方法，主要包括：Pull-down assay（蛋白质互作验证）、X射线晶体学（蛋白结构解析，分辨率为2.6??）、全原子分子动力学模拟（复合物稳定性与互作机制分析）、生物信息学分析（基因簇与序列保守性评估）以及点突变实验（关键残基功能验证）。AtaA和TpgA的相关蛋白片段通过重组表达技术在Escherichia coli中获得，Acinetobacter sp. Tol 5 的野生型与基因缺失突变体作为细胞 lysate 来源。

2.1. Identification of the interacting domains of AtaA and TpgA

通过Pull-down assay，研究发现TpgA特异性结合AtaA的C端跨膜结构域（AtaA-TM），而AtaA则与TpgA的N端结构域（TpgA-N）结合。这一结果表明AtaA-TM与TpgA-N是复合物形成的关键区域。

2.2. Crystal structure of the transmembrane domain of AtaA in complex with the N-terminal domain of TpgA

利用X射线晶体学，研究成功解析了AtaA-TM与TpgA-N复合物的结构，显示其形成A₃B₃异源六聚体。AtaA-TM的结构与其他已知TAAs（如Hia和YadA）的跨膜区类似，而TpgA-N呈现ααβββ拓扑，结构类似于BamE，但在关键互作区域存在显著差异。

2.3. Interaction between the transmembrane domain of AtaA and the N-terminal domain of TpgA

分子动力学模拟表明，TpgA的结合稳定了AtaA-TM中某些柔性环区（如β2–β3 loop）。点突变实验进一步证实，TpgA-N中的K64、F81等残基通过静电和疏水相互作用参与复合物稳定性的维持。

2.4. Bioinformatic analysis of the AtaA–TpgA interaction

生物信息学分析显示，tpgA-like基因广泛分布于Pseudomonadota（Proteobacteria）中，且多数与taa基因形成操作子。序列对比表明，互作关键残基在进化中高度保守，提示TAA–TpgA复合物在多种细菌中具有普遍性。

本研究首次揭示TAAs可与周质蛋白形成稳定复合物，打破了以往认为其分泌后独立存在的观点。结构分析表明，AtaA-TM与TpgA-N通过特异性相互作用形成异源六聚体，该复合物可能借助TpgA的C端OmpA_C结构域与肽聚糖结合，从而将AtaA锚定于细胞包被中，增强其机械稳定性。该发现不仅深化了对TAAs及其分泌系统（Type Vc SS）的理解，也为针对病原菌粘附及生物膜形成的干预策略提供了新思路。研究结果强调，在广泛细菌物种中均可能存在类似的蛋白复合物，包括致病性Acinetobacter baumannii，因此具有重要的微生物学与医学意义。论文发表于《The Cell Surface》，为细菌外膜蛋白研究领域提供了重要的结构与功能见解。