許多引起感染的細菌被兩個不同的膜包圍，這兩個膜形成其保護性細胞壁的一部分。外膜的表面包括稱為脂多糖(LPS)的緊密堆積的糖脂分子層，其提供對抗有害洗滌劑和抗生素的屏障。LPS在內(nèi)膜中合成，然后在外膜1中運輸和組裝- 分子從內(nèi)膜的外層提取并穿過橋接到外膜，然后出現(xiàn)在細胞表面上。兩篇論文2，3發(fā)表在自然現(xiàn)在提供驅(qū)動LPS運輸分子過程的期盼已久的細節(jié)。

該LPS輸送裝置(已知為LPTA-G)的七個元件的六個結構已被完全表征1，4。他們揭示了LPS分子的門戶從外膜中的LptD和LptE亞基形成，并通過橋連接到內(nèi)膜中的泵(由LptF，LptG和兩個LptB亞基形成)，其包括一個或多個LptA亞基(圖1)。泵由細胞質(zhì)ATP(細胞的能量攜帶分子)的結合和水解驅(qū)動，但它如何從內(nèi)膜結合LPS并僅向外泵送它們是未知的。需要全膜結構的內(nèi)膜蛋白LptC來完成拼圖并解釋泵如何連接到橋。

李等人。2和歐文斯等人。3已經(jīng)解決了這個問題。李等人。報告了使用低溫電子顯微鏡(cryo-EM)產(chǎn)生的來自細菌大腸桿菌的LptB2FGC復合物的結構。這些結構顯示復合物如何與LPS分子結合，以及當LPS被捕獲并擠出到橋上時發(fā)生的復合物的構象重排。歐文斯等人。目前來自其他兩種細菌(霍亂弧菌和陰溝腸桿菌)的LptB2FGC的X射線晶體結構，它顯示了LPS如何不可逆地向外膜運輸。

在結構 - 生物學研究中，膜蛋白通常從膜的脂質(zhì)雙層中提取到稱為膠束的洗滌劑的水溶性聚集體中。這使得膜蛋白的晶體能夠生長。但由于膠束的結構不同于天然膜的結構，因此該過程會擾亂蛋白質(zhì)的天然結構。李等人。相反，選擇將LptB2FGC重新構建為稱為納米圓盤的脂質(zhì)雙層微型塊，其由支架蛋白穩(wěn)定。納米圓盤嵌入式LptB2FGC復合物被證明是使用cryo-EM進行結構分析的理想選擇。

先前報道的X射線研究5，6LptB的2FG在去污劑膠束結晶顯露出內(nèi)部腔室，看起來好像它可能能夠容納LPS分子。然而，由于不可能獲得在腔室中結合LPS的結構，因此無法確認該腔室是LPS結合口袋的推測 - 可能是因為LPS通過洗滌劑分子從腔室移位。Li及其同事的努力已經(jīng)帶來了好處，因為它們的結構包含一個完整的LPS分子，埋在內(nèi)腔中，從而清楚地表明腔室的功能是與LPS結合。

李等人。使用cryo-EM研究LptB2FGC在不存在ATP且存在被稱為ADP-釩酸鹽的捕獲核苷酸的情況下，其被認為在ATP水解反應的過渡狀態(tài)期間模擬ATP的結構。(過渡態(tài)是在反應過程中形成的分子的構型，其特征在于存在部分斷裂和部分形成的鍵。)無ATP和ADP-釩酸鹽捕獲結構的比較表明LPS從外部小葉傳遞。內(nèi)膜通過腔室側的開口腔。從LptB傳遞到LptF和LptG的跨膜結構域的結構重排然后將LPS鎖定在適當?shù)奈恢?，然后沿著橋?qū)⑵鋽D出。然而，需要進一步的工作來確定ATP結合和水解步驟如何與LPS轉(zhuǎn)運相結合。

一旦從膜中排出，LPS分子旋轉(zhuǎn)約90°以定位在LptF中的LPS結合基序(稱為β-果凍結構域)內(nèi)。LptF和LptG都含有β-果凍結構域，但只有LptF與LptC，LptA和LptD的β-果凍結構域相互連接，從而形成與外膜的橋。

以前的研究5，6的LptB的2FG復合物(即，缺乏LPTC絡合物)顯示具有用于LPS的橫向條目兩種可能途徑幾乎對稱的結構。邏輯提案4，6是LPS分子進入兩條路線之間的轉(zhuǎn)運交替?，F(xiàn)在必須放棄這個模型，因為Li等人的新發(fā)現(xiàn)。和歐文斯等人。表明LptC打破了轉(zhuǎn)運蛋白的結構對稱性，因此LPS只進入一條路徑。

發(fā)生對稱性破壞是因為LptC的單個跨膜螺旋在LptG的第一跨膜螺旋和LptF的第五跨膜螺旋之間楔入。此外，LptC的β-果凍域延伸至堆疊在LptF的頂部，從而形成用于運輸LPS的連續(xù)凹槽。結果是在新結構中只定義了LPS進入和運輸?shù)囊粭l途徑。歐文斯等人。使用稱為光交聯(lián)的生化技術確認LPS通過LptF進入橋接，繞過LptG。其他細菌5中的LPS轉(zhuǎn)運蛋白是否通過LptG進入橋仍有待觀察。

重要的是，兩項研究都表明，在缺乏LptC的復合物中，ATP水解在LptB2FGC復合物中更有效地與LPS轉(zhuǎn)運相結合。ATP結合和水解的每個循環(huán)與從內(nèi)室排出一個LPS分子偶聯(lián)。出現(xiàn)的圖片是一排LPS分子，排隊通過橋梁單獨通過。但是，盡管這種排隊模型看起來直觀直觀，但實際上，布朗運動應該使LPS分子沿著橋梁來回跳舞。因此需要一種確保LPS轉(zhuǎn)運僅在外膜方向上進行的機制。

有趣的是，Owens等人。觀察到陰溝腸桿菌結構中的LptFβ-果凍卷結構域在橋的入口處具有用于LPS的開放門，但是在霍亂弧菌結構中門關閉。通過改變蛋白質(zhì)結構，作者能夠?qū)㈤l門鎖定在關閉狀態(tài)，有效阻斷LPS轉(zhuǎn)運而不影響ATP水解。作者推斷，門打開允許LPS滑過，但隨后在分子后面自發(fā)關閉以阻止任何向后流動，就像棘輪的棘爪機構一樣。

1972年的一項開創(chuàng)性研究7首次表明LPS運輸是不可逆轉(zhuǎn)的。四十七年后，這些發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在終于可以用分子術語來理解了。努力目標LPS運輸為抗生素的發(fā)展正在尋找有前途的8-11。這兩項新研究提供了可能有助于這些努力的見解。