幽门螺杆菌GNAT超家族蛋白乙酰转移酶HP0935的结构与功能研究：揭示新型蛋白乙酰化调控机制及其在细菌遗传转化中的作用

　　本研究首次在幽门螺杆菌中发现蛋白乙酰化现象，鉴定出唯一已知的蛋白乙酰转移酶HP0935，解析其晶体结构并揭示其通过乙酰化DNA处理蛋白A（DprA）调控自然转化的分子机制，为理解细菌表观遗传调控提供了新视角。

　　

幽门螺杆菌作为全球约半数人口携带的胃部致病菌，其高遗传变异特性与胃溃疡、胃癌等疾病密切相关。这种细菌通过自然转化实现基因重组的能力令人惊叹，但长期以来，科学家对其表观遗传调控机制知之甚少。蛋白乙酰化作为重要的翻译后修饰（PTM），在真核生物中已被广泛研究，但在幽门螺杆菌中却鲜有报道。更令人困惑的是，这种细菌如何在仅编码单个蛋白乙酰转移酶的情况下，实现对多种蛋白的精确调控？这些谜团成为阻碍我们理解幽门螺杆菌致病机制的关键瓶颈。

为解开这些谜题，来自中国科学院和印度科学研究所的研究团队在《Journal of Biological Chemistry》发表了突破性研究成果。他们首次系统鉴定了幽门螺杆菌中的蛋白乙酰化现象，发现其唯一已知的蛋白乙酰转移酶HP0935具有独特的双底物特异性，既能乙酰化游离氨基酸，又能修饰蛋白底物。更令人振奋的是，研究揭示了HP0935通过乙酰化DNA处理蛋白A（DprA）的关键位点K133，调控细菌自然转化的全新机制。这项研究不仅填补了原核生物乙酰化研究的重要空白，更为开发针对幽门螺杆菌表观遗传调控的新型抗菌策略提供了理论依据。

研究团队运用了多项关键技术：通过Western blot分析不同幽门螺杆菌菌株的乙酰化谱；采用PSI-BLAST和InterProScan生物信息学方法鉴定HP0935；运用X射线晶体学解析apo-HP0935和ACO-HP0935复合物的高分辨率结构（分别为2.00 ?和2.40 ?）；结合分子动力学模拟分析关键loop区的动态特性；通过表面等离子共振（SPR）测定HP0935与DprA的相互作用（K_d
=3.28 μM）；采用质谱技术鉴定DprA的乙酰化位点；利用电泳迁移率变动分析（EMSA）验证乙酰化对DprA-DNA结合的影响。

【Acetylation in H. pylori】研究首先证实了幽门螺杆菌存在广泛的蛋白乙酰化现象，且不同菌株表现出显著差异的乙酰化谱。Western blot分析显示，菌株26695的乙酰化蛋白分布均匀，而J99菌株则主要集中于低分子量蛋白，暗示乙酰化谱可能与菌株遗传背景相关。

【Identification of HP0935】通过生物信息学分析锁定HP0935为唯一候选蛋白乙酰转移酶。该蛋白属于GNAT超家族IV型成员，仅含单个催化结构域。纯化的HP0935在体外表现出对多种氨基酸（赖氨酸、精氨酸、丝氨酸和甲硫氨酸）的乙酰化活性，但对脯氨酸无作用。

【Plausible substrate(s)】动力学分析显示HP0935对Nα-乙酰赖氨酸（K_M
=124.8 mM）和Nε-乙酰赖氨酸（K_M
=26.71 μM）均具有活性，但更偏好Nα位点。核磁共振证实其产物为Nα-乙酰赖氨酸。值得注意的是，HP0935表现出严格的立体特异性，仅作用于L-型氨基酸。

【HP0935 acetylates DprA】研究发现HP0935能特异性乙酰化自然转化关键蛋白DprA。质谱鉴定发现K133（对应26695菌株的K137）为HP0935特异性乙酰化位点。通过构建K133Q（乙酰化模拟）和K133R（电荷保留）突变体，证实乙酰化会削弱DprA的DNA结合能力，从而可能调控自然转化效率。

【Overall structure】晶体结构解析揭示HP0935具有典型GNAT折叠：7条β链和4条α螺旋形成中心扭曲的β片层。ACO以L型构象结合在由α1-α2环、β4-α3环等形成的隧道中，其焦磷酸 moiety与P-loop（88-QSQGLG-93）相互作用。

【Conformational change】比较apo和ACO结合结构发现，α1-α2环发生显著构象变化：从远离ACO结合裂隙的"distal"状态转变为靠近的"proximal"状态，使N25和F29分别移动6.00 ?和9.44 ?。分子动力学模拟显示这些loop区具有高度动态性，ACO结合可调节其运动。

【Catalytic mechanism】活性位点分析发现E77和H115可能作为广义碱，Y127为广义酸。突变实验表明Y127F几乎完全丧失活性，而E77Q和H115A保持部分活性，提示HP0935可能利用保守水分子而非传统广义碱催化反应。

这项研究首次系统阐明了幽门螺杆菌中蛋白乙酰化的分子基础。HP0935作为目前已知的唯一蛋白乙酰转移酶，其独特的结构动态性可能使其能够适应多种底物。特别重要的是，研究发现HP0935通过乙酰化DprA的K133调控DNA结合活性，这为理解细菌自然转化的表观遗传调控提供了全新视角。从结构角度看，ACO诱导的α1-α2环构象变化和高度动态的β6-β7环，共同构成了HP0935的底物识别特征。这些发现不仅拓展了我们对GNAT超家族酶催化机制的认识，更为开发针对细菌乙酰化通路的新型抗菌药物提供了重要靶点。鉴于幽门螺杆菌感染的广泛性和临床重要性，这项研究具有潜在的转化医学价值。