2014年10月13日，NIBS邵峰实验室在《eLife》杂志在线发表“A structural mechanism for bacterial autotransporter glycosylation by a dodecameric heptosyltransferase family”的研究论文（http://elifesciences.org/content/early/2014/10/13/eLife.03714）。该研究报道了一个来自于革兰氏阴性菌的七碳糖糖基转移酶家族成员TibC的12聚体的晶体结构以及TibC与底物TibA自转运蛋白的18聚体复合物的冷冻电镜重构模型。

邵峰实验室在一个月前刚刚发表的一项研究工作中，发现和定义了一类广泛存在于革兰氏阴性致病菌中的新型七碳糖糖基转移酶（BAHT）家族，它们高效催化细菌粘附素AIDA-I和TibA表面多位点的糖基化修饰，从而实现细菌对宿主细胞的粘附和在小鼠肠道中的有效定殖（Cell Host & Microbe 16: 351-363, 2014）。有趣的是，BAHT家族和已知的糖基转移酶没有序列上的同源性，并且所有BAHT家族蛋白都结合铁，形成大约550 kD大小的黄褐色同源十二聚体。BAHT家族的独特生化性质和已知的糖基转移酶的都不同，但其催化和底物识别机理未知。

在本研究中，为了揭示BAHT家族的催化机理，邵峰实验室的研究人员成功结晶了TibC蛋白。晶体结构的解析发现TibC单体分子可以分成N端β折叠桶结构域和C端催化核心结构域。12个TibC单体分子通过“手拉手”和“背靠背”两种方式聚合成一种新颖的花环状的12聚体结构；该12聚体复合物中间形成一个很大的圆柱体通道，所有分子的催化活性中心都面向这个通道内部，提示底物的糖基化过程可能是通过底物穿过这个通道来实现的。

尽管缺乏序列上的同源性，TibC分子的催化结构域与糖基转移酶家族中GT-B折叠类似。此外，TibC催化结构域含有β发夹拇指结构基元和铁指结构基元。基于结构的生化实验证明，这两个独特的结构基元在TibC十二聚体的正确组装中起关键作用。研究人员还进一步成功将ADP-D,D-七碳糖作为配体加入TibC晶体中并解析了酶和配体的结构。通过对该配体复合物结构的分析不仅揭示了参与糖基转移的关键残基和催化机理，而且还阐明了BATH家族不同成员对配体立体构型选择性的结构原理。

在进一步的研究中，研究人员还发现当底物TibA与TibC突变体K230A 在大肠杆菌中共表达时，能形成稳定的750 kD大小的酶与底物的复合物。通过用冷冻电镜对纯化的TibC-TibA复合物结构进行三维重构，得到了TibC 12聚体和TibA 6聚体组成的复合物结构模型。在该复合物中，TibC通过铁指结构以2:1的分子比例结合TibA，使6个TibA分子镶嵌在TibC 12聚体形成的通道之中。这说明一个TibC 12聚体分子能同时对6个TibA分子进行糖基化修饰，展示了TibC对底物催化的高效性和结构利用的经济性。

本文首次解析了一个新颖的糖基转移酶以及其和配体、底物复合物的结构。并且揭示BAHT家族糖基转移酶识别底物和催化的分子机制和作用方式。《Cell Host & Microbe》相关论文和本文的先后发表，从遗传、生理机能、生化性质、结构和功能的角度完整地定义和解析了BAHT这类新型的病原菌七碳糖糖基转移酶家族蛋白。该研究结果不仅提供了一个广阔的视角来加深对糖基转移酶和糖基化过程的理解，而且也同时为将来代替抗生素治疗细菌感染提供了理论指导。

邵峰实验室姚庆博士和陆秋鹤博士为本文共同第一作者；黄牛实验室万小波博士和中科院生物物理所朱平实验室宋峰博士对本文也有重要贡献；该论文的其他作者还包括邵峰实验室的博士研究生许悦、北京大学刘小云教授及其研究生胡墨、奥地利维也纳自然资源与生命科学大学的Alla Zamyatina教授以及黄牛博士；中科院生物物理所朱平研究员和邵峰博士为本文共同通讯作者。

此项研究还得到了国家超级计算天津中心的鼎力支持，在曾经世界排名第一的天河一号计算机系统上，同时使用几百乃至上千CPU核进行分子动力学模拟计算，在较短的时间内能够完成了主要计算工作。

该研究由科技部973项目，北京市政府，国家自然科学基金委员会，中科院先导计划以及美国HHMI资助，在北京生命科学研究所完成。