硫酸乙酰肝素（HS）是位于細(xì)胞表面和細(xì)胞外基質(zhì)中最常見和最重要的糖胺聚糖之一，在一系列生物過程中發(fā)揮重要作用，包括發(fā)育、炎癥、血管生成、細(xì)胞生長(zhǎng)和病毒感染。HS的降解需要多種溶酶體酶的協(xié)同作用，其中，乙酰肝素-α-氨基葡萄糖N-乙酰轉(zhuǎn)移酶（HGSNAT）是HS降解中唯一的非水解酶和溶酶體跨膜蛋白酶，催化HS末端氨基葡萄糖的跨膜乙?；?，從而進(jìn)一步裂解。HGSNAT功能障礙導(dǎo)致HS在多個(gè)細(xì)胞和組織的溶酶體中積累，最終導(dǎo)致神經(jīng)性溶酶體貯積?。?/span>LSD）——粘多糖癥ⅢC（MPS ⅢC），表現(xiàn)為神經(jīng)功能惡化、多動(dòng)、睡眠障礙、聽力喪失和兒童癡呆。然而，目前該疾病并沒有好的治療方法，因此闡明HGSNAT的結(jié)構(gòu)對(duì)于開發(fā)藥物伴侶以及靶向HGSNAT治療MPS ⅢC至關(guān)重要。

2024年5月20日，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心于杰課題組聯(lián)合上海科技大學(xué)蓋景鵬課題組以及加拿大蒙特利爾大學(xué)Alexey V. Pshezhetsky課題組在Nature Structural & Molecular Biology發(fā)表了題為“Structure and mechanism of lysosome transmembrane acetylation by HGSNAT”的研究論文，解析了HGSNAT 無底物結(jié)合apo狀態(tài)、與乙酰輔酶A（Ac-CoA）結(jié)合以及與乙?；a(chǎn)物結(jié)合的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，分辨率高達(dá)2.59 ?，揭示了HGSNAT介導(dǎo)的一種全新的溶酶體跨膜區(qū)乙?；拇呋瘷C(jī)制，完全不同于傳統(tǒng)的乙酰轉(zhuǎn)移酶，為開發(fā)更有效的治療MPS IIIC疾病的治療策略提供了結(jié)構(gòu)見解。

圖1 HGSNAT的整體結(jié)構(gòu)

在本項(xiàng)研究中，作者首先解析了以二聚化的形式存在的HGSNAT，整體形狀類似于大寫字母“M”，是一種全新的折疊結(jié)構(gòu)（圖1）。HGSNAT的跨膜螺旋形成親水性的跨膜通道。位于胞質(zhì)側(cè)的Ac-CoA進(jìn)入跨膜通道并引起通道擴(kuò)張。通道中的活化位點(diǎn)組氨酸和天冬酰胺催化乙?；鶑腁c-CoA轉(zhuǎn)移到位于溶酶體側(cè)的HS的葡萄糖胺基，完成乙?；鶑募?xì)胞質(zhì)一側(cè)轉(zhuǎn)移到溶酶體側(cè)。反應(yīng)后，游離CoA被釋放到細(xì)胞質(zhì)中，乙?；疕S擴(kuò)散到溶酶體腔內(nèi)，進(jìn)一步被降解（圖2）。

圖2 HGSNAT的跨膜催化模型

中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心博士研究生徐睿聲，上?？萍即髮W(xué)碩士研究生寧瑩潔為本文共同第一作者。于杰研究員，蓋景鵬教授與Alexey V. Pshezhetsky教授為本文共同通訊作者。有機(jī)所交叉中心朱正江研究員以及本文其他作者也做出了重要貢獻(xiàn)。該工作得到了上海臨港實(shí)驗(yàn)室和上海浦江計(jì)劃的資助。

于杰研究員長(zhǎng)期招聘細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、分子生物學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)方向博士后和科研助理，歡迎申請(qǐng)。對(duì)于優(yōu)秀的博士后人選，將推薦申請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院生物與化學(xué)交叉研究中心 “博士后獨(dú)立PI培育”計(jì)劃 （https://www.ircbc.ac.cn/view.do?id=2747）。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41594-024-01315-5