GPI修饰是真核生物中普遍存在的翻译后修饰。水溶性前体蛋白通过GPI修饰而锚定在细胞膜上，行使包括信号转导、催化、细胞黏附等在内的基本生物学功能。GPI-T是GPI锚定蛋白（GPI-AP）生物合成途径中的关键酶，是一个五元跨膜复合物，负责将前体蛋白C端的信号肽切除并将脂分子GPI连接到新暴露的C末端。与多数蛋白水解酶不同，GPI-T识别的肽段序列不具有序列唯一性，而仅有模糊的亲疏水排列特征。它的切割位点（w位点）通常为侧链较小的氨基酸，且切割位点至C末端疏水段由~10个亲水氨基酸残基的肽段相连（图1a）。如何实现底物宽泛性与催化保真性这一“矛盾统一体”，是GPI-AP生物合成中重要的生化机制问题。

　　该研究组前期解析了人源GPI-T的2.53埃冷冻电镜三维结构，揭示了其异源五聚体的组装机制（图1b），但GPI-T同时实现底物宽泛性（图1a）与催化保真性的机制仍不明确。

　　若回答上述问题，需要解析GPI-T与底物（前体蛋白、GPI）或者与产物（GPI-AP、信号肽）的复合物结构。这是由于GPI分子目前尚不能通过化学方法合成。该团队设计了细胞工程与蛋白质工程方法。研究通过基因敲除与点突变相结合的手段，将GPI-T复合体分别停留在“底物结合”和“产物结合”状态，并解析了二者的高分辨率结构（图2a、b）。结合活性分析体系，该工作揭示了GPI-T同时实现底物宽泛性与催化保真性这一“矛盾统一体”的机制。

　　研究表明，在保真性上，GPI-T使用一个自抑制环锁定于非活性构象（图2c）。同时，激活过程的构象变化需要打破数个氢键、盐键相互作用并引入电荷及亲疏水排斥。这种多重保护机制避免了因底物宽泛性而造成的意外水解。

　　研究显示，底物结合GPI-T时，信号肽与复合体的结合提供结合能，促使GPI-T亚基以刚性移动为主的构象变化，启动上述耗能的激活过程，打开自抑制环；同时，信号肽近催化部位的亲水部分通过诱导契合的方式，促使GPI-T催化中心的精确重构（图2d）。

　　进一步，该团队设计了“功能增强突变体”和“功能丧失突变体”，证明了所提出的自抑制与底物结合诱导的激活机制。

　　此外，该工作还揭示了GPI-T识别宽泛性底物的结构基础和催化的生化机制。

　　研究工作得到国家自然科学基金委员会和中国科学院的支持。

图1.GPI-T的冷冻电镜结构及其活性中心组成。a、GPI-T催化反应及底物特征示意图；b、GPI-T的冷冻电镜密度图。

图2.GPI-T与底物、产物结合的结构揭示自抑制与激活机制。a-b：GPI-T与底物（a）、产物（b）的冷冻电镜密度图；c、自抑制环（红色）占据了底物（绿色）结合口袋；d、GPI-T从自抑制状态（蓝色）向活性构象（洋红色）的构象变化；e、GPI-T的激活过程。

来源：中国科学网