NSMB：隋森芳/王宏伟合作揭示人源生物素依赖型羧化酶MCC的激活机制

研究人员首先利用生物素依赖型羧化酶共价结合生物素的特性，以及生物素与strep柱材的高亲和力，在无需进行基因操作的前提下，从293F细胞中直接纯化出了高纯度的内源性羧化酶。进一步使用单颗粒冷冻电镜技术研究人员获得了MCC在不结合底物、结合特异性底物MCoA以及结合非特异性底物ACoA的状态下的多种构象的结构。

MCC包含4个结构域：生物素羧化酶结构域BC，生物素羧基载体蛋白结构域BCCP，羧基转移酶结构域CT以及连接BC结构域和CT结构域的BC-CT结构域。已有的研究普遍认为生物素依赖型羧化酶家族都遵循着两步反应的方式。

第一步是利用细胞中的ATP提供能量，将碳酸盐中的羧基转移到生物素上使生物素羧化，反应中心在BC结构域上。

第二步是将生物素上的羧基转移到底物上，即完成底物的羧化，反应中心在CT结构域上。生物素是整个反应的重要中介，在复合物中生物素本身是通过一个保守的赖氨酸残基共价连接在BCCP上。通过BCCP的摆动带动生物素到达不同的反应中心发生反应。通过对获得的结构进行分析，研究人员发现无论是否结合底物，MCC复合物都至少存在两种构象，即BCCP结合BC结构域和BCCP结合CT结构域。这两种构象处于动态平衡中，并且不依赖于是否结合底物，仅在底物结合时倾向于促进BCCP与CT的结合，表明MCC复合酶的结构变化属于构象选择模型。

研究人员通过更深入的结构分析发现，多种结构元素协同作用从而保证BCCP上的生物素与CT结构域特异性地顺利结合，并提出了底物结合引发结构变化从而诱导生物素从初始激活位点（pre-active site）转移到最终激活位点 (final-active site) 的激活机制。此项研究不仅加深了人们对生物素依赖型羧化酶的激活机制的理解，还为治疗相关酶导致的代谢性疾病的药物研发提供了重要的结构基础。