纤维小体是一种由多种木质纤维素降解酶组装而成的多酶复合物，在生物能源开发和生物技术领域具有重要价值。纤维小体多样化的组成和复杂的组装方式赋予其卓越的底物降解能力，破译其复杂组装机制对于理解其高效性并加以应用具有重要意义。青岛能源所代谢物组学研究组解析了一种独特的纤维小体组装模块——双对接模块的结构和组装方式，揭示了纤维小体组装与调控的复杂性和多样性，该成果近日发表于国际期刊《Protein Science》上。

纤维小体是通过脚架蛋白和酶蛋白组装形成的分子机器。脚架蛋白不具有催化活性，主要由串联的粘连模块组成；酶蛋白带有一种称为对接模块的结构域，与脚架蛋白上的粘连模块形成特异性的相互作用，从而组装成大分子复合体。这种复杂组装是纤维小体高效作用的基础。青岛能源所代谢物组学研究组对纤维小体的结构、功能、调控开展了系统长期的研究，并在此基础上开发了基于纤维小体的生物质能源应用技术。最近的组学数据显示，纤维小体中的酶组分通常只带有一个对接模块，但一些细菌的纤维小体还含有两个甚至多个对接模块串联而成的特殊模块，它们在纤维小体组装中的作用尚不清楚。研究团队发现热纤梭菌纤维小体中存在一个蛋白酶组分，该组分具有串联的双对接模块，研究人员对该双对接模块的结构和组装模式进行了深入的研究（图1）。通过对双对接模块进行晶体和核磁共振结构解析，发现双对接模块具有两个典型的对接模块结构，但第一个模块上存在一种新型的反平行β-片式的分子内扣，而且每个模块用于结合粘连模块的互作位点与已知的常规模块相比存在差异。进一步的相互作用实验分析表明，两个对接模块中只有第一个参与组装，且偏好结合在一种特殊的只有一个粘连模块的脚架蛋白上，可能用于调控纤维小体的组装。此外，研究人员发现该双对接模块能够罕见的跨物种结合另一种细菌（解纤维梭菌）的粘连模块，为微生物种群中可能存在“共生纤维小体”提供了新的实例。该研究揭示了双对接模块独特的组装方式和机制，为纤维小体复杂组装的研究和应用提供了基础。

图1 热纤梭菌双对接模块的结构和组装机制。

(A) 双对接模块在纤维小体中的组装方式示意图。(B-C) 双对接模块的结构显示它的两个对接模块间存在相互作用，并且第一个对接模块存在新型的分子内扣。(D-E) 核磁共振和等温滴定量热测定表明该双对接模块偏向结合特殊脚架ScaD，并且能够跨物种结合解纤维梭菌的粘连模块。

该研究由代谢物组学研究组冯银刚研究员带领完成，副研究员陈超和科研助理杨洪武（现南开大学在读博士生）为论文共同第一作者。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金、青岛能源所国际合作等项目的资助。(文/图 陈超、冯银刚)。

文章链接：https://doi.org/10.1002/pro.4937

Chao Chen#,Hongwu Yang#,Sheng Dong,Cai You,Sarah Moraïs,Edward A. Bayer,Ya-Jun Liu,Jinsong Xuan,Qiu Cui,Itzhak Mizrahi,Yingang Feng* (2024) A cellulosomal double-dockerin module from Clostridium thermocellum shows distinct structural and cohesin-binding features. Protein Science 33(4):e4937.