托马斯·邓肯博士

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研究抽象

我的研究重点是f型ATP合酶的结构和功能, 一种能量转导酶复合物，对大多数生物的能量代谢至关重要. 我目前的重点是它在细菌代谢，毒力和发病机制中的关键作用. f型ATP合酶是在细菌的内细胞膜上组装的, 真核生物的线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜(见“简单”细菌酶的例子), 无花果. 1). 在氧化磷酸化和光磷酸化的最后一步, 它利用跨膜的能量, 质子的电化学梯度(质子动力), or 及)来驱动大多数细胞ATP的合成. 然而，这种酶在本质上是可逆的，如果失去了呼吸的驱动力(如.g.，缺乏₂)或光合作用(黑暗)，酶可以转变为水解细胞ATP，驱动质子(H⁺)以相反的方向在膜上运输并产生 及. 该酶对各种致病菌的生存能力和/或毒力至关重要, 其中一些依靠它来合成ATP，而另一些则只能将它作为ATP驱动的H⁺ 泵. 尽管细菌和真核生物形式的酶在结构/功能上普遍保持一致, 贝达喹啉的开发证实了靶向这种酶攻击致病菌的潜力, 被发现是针对F分枝杆菌的_OF₁ 目前被批准为三种药物的一部分, 治疗耐多药结核病的一线方案. 贝达喹啉是一种新的二芳基喹啉类抗生素中的第一种，对F分枝杆菌具有高度选择性_OF₁.

无花果. 1. E的漫画. 杆菌F_OF₁ 体系结构. 箭头下方的c环表示方向转子复合体(c₁₀在ATP合成过程中，γε)在H⁺ 运输.

BACKGROUND

ATP合酶由两个功能不同但耦合的亚复合物组成. 酶的基本结构以卡通形式显示在 无花果. 1 在大多数细菌中发现的最小亚基组成. F_O 络合物催化H⁺ 转运并具有跨膜双层的亚基. F₁ 是一种延伸到水相的外周络合物，包含三个催化核苷酸结合位点，用于ATP的合成和水解. F_O 和F₁ 是通过两个茎状连接的子单元耦合的:一个中央转子轴和一个外围定子. 我和理查德·克罗斯的早期研究提供了关键的初步证据证明ATP合酶的能量耦合涉及

1. 中心轴在F内的旋转₁ 协调三个合作的，交替的催化核苷酸位点的作用，和
2. F内亚基的旋转_O 在能量驱动的质子传输过程中.

无花果. 2. 最小的 E. 杆菌 F_OF₁ 动画. 一个β亚基的可能构象转变和相对于一个小(~36°)旋转子步的εCTD. 一个c亚基是绿色的，用来跟踪旋转 c-环沿转子轴转动 γ(黄色)和ε (NTD/CTD，粉色/品红). 只有1个β(青色)被显示出来，而中间的α亚基没有显示出来.

实验系统 & 当前的项目

我们的研究长期使用来自E. 杆菌, 这为这种旋转运动酶的结构/功能研究提供了一个简单而有力的模型. E. 大肠杆菌系统允许直接的遗传筛选和ATP合成酶的工程, 以及F的大规模提纯_OF₁ 分离的可溶性F₁ 用于生物化学和结构研究. 我们继续发展更详细的知识 E. 杆菌 F_OF₁ 了解εCTD的抑制机制，以及如何更好地靶向它来破坏细菌的生物能量学. 例如，我们正在与一位单分子显微镜专家合作， Dr. 迈克尔·罗宋汤 (耶拿大学, 德国)利用荧光共振能量转移(FRET)研究了ε在单个EcF中的构象变化动力学_OF₁脂质体.

我们对F的了解要少得多_OF₁ 我们已经开始研究F_OF₁ 在两种不同的病原体中:

1. 铜绿假单胞菌. 这革兰氏阴性, 机会致病菌是囊性纤维化患者持续肺部感染和死亡的主要原因. 它对免疫功能低下的人是一种重大危害，在医院获得性感染中很普遍. 耐多药菌株不断出现, in 2017, 世界卫生组织列出的碳青霉烯耐药性 P. 绿脓杆菌 作为迫切需要开发新抗生素的三种病原体之一. P. 绿脓杆菌 新陈代谢强烈依赖于呼吸，ATP合酶对其生存能力至关重要. 我们目前正在与 克里斯托弗。野村 在邻近的SUNY-ESF和 Guirong王 (推荐最近最火的赌博软件 department of Surgery)研究(i) F的εCTD如何_OF₁ 影响酶的功能 P. 铜绿菌体外培养 (ii) εCTD的破坏是否影响病毒的毒力或发病机制 P. 绿脓杆菌 在培养的巨噬细胞和小鼠肺部感染模型中.
2. 链球菌引起的肺炎. 这种革兰氏阳性病原体是细菌性肺炎的主要原因，但也可导致严重的侵袭性肺炎球菌疾病，如败血症和脑膜炎. 这种耐氧厌氧菌缺乏完整的呼吸链，因此不能利用F_OF₁ 重要的ATP合成. 然而,F_OF₁ 是必不可少的 S. 肺炎的 活力和耐酸性，作为atp酶驱动的H⁺ 泵通过细胞膜产生及并维持细胞pH稳态. 研究小组最近对小鼠败血症进行了研究 马可Oggioni (英国莱斯特大学)的研究表明，肺炎球菌F具有重要的毒力作用_OF₁: S的亚克隆. 肺炎，出现建立败血症最常包含一个新生的错义突变基因的一个亚单位的F_OF₁ (2014, Gerlini et al ..中国生物医学工程学报(英文版). 相反，其中一个这样的毒性克隆在基因中发生了帧移突变 atpC ε基因打乱了ε ctd的序列, 这个肺炎球菌克隆在脾脏中显示出更高的存活率. 他们转移了 atpC 突变成naïve, 非包封肺炎球菌菌株, 我们正在研究εCTD的破坏是如何影响F的_OF₁ 在肺炎球菌膜中的功能.

选择引用

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