蛋白质上海设施用户揭示病原菌攻击宿主细胞的新机制
时间 : 2017-11-20     

  20171027日,国际顶级学术期刊《科学》(Science)在线刊登了国家蛋白质科学研究(上海)设施五线六站用户浙江大学生命科学研究院朱永群课题组题为Nε-Fatty Acylation of Rho GTPases by a MARTX Toxin Effector的文章,报道了该研究组解析了霍乱弧菌MARTX毒素效应因子Rho鸟苷三磷酸酶(GTPase)失活结构域(RID)的蛋白质结构。该项研究推动了人们对于病原菌致病分子机制的深入理解,将有助于研发针对创伤弧菌和霍乱弧菌等人类重要致病菌的新型抗菌药物。

  MARTX毒素是广泛分布于细菌病原体中的一大毒素家族。MARTX毒素分子量比较大,由四千多个氨基酸残基组成,它穿过细胞质膜时,能够自催化剪切成多个较小的效应因子,这些效应因子进入宿主细胞中能够调控宿主细胞的信号通路。RIDMARTX毒素家族的一个保守的效应因子,通过破坏宿主细胞肌动蛋白细胞骨架参与细胞变形过程。朱永群课题组发现RID是一种长链脂肪酰基转移酶,能够共价修饰Rho GTPase C-端多碱性区域的赖氨酸残基。由此产生的脂肪酰化能够抑制RhoGTPase活性并且破坏宿主细胞Rho GTPase介导的信号传导。 

   RID整体结构是一个具有两叶的扭曲的U形结构。N端叶含有一个膜定位的N2结构域,并且能够特异性的与磷脂酰肌醇4,5-二磷酸酯相互作用,用于RID膜定位。C端叶完全由催化结构域组成,它含有一个置换的木瓜蛋白酶样核心结构和一个四螺旋对。 

  朱永群课题组的研究指出,RID在细胞里能够特异地识别细胞关键信号分子Rac1并对其进行共价修饰,虽然RID也能修饰Rho家族其他成员,但催化活性相对较弱,表现出对Rac1的明显底物偏好性。Rac1平时循环于细胞膜和细胞质之间,作为一种关键信号分子参与肌动蛋白细胞骨架的信号调节,为细胞实现迁移和变形等功能提供了基础。此外Rac1还参与细胞产生抗菌氧自由基的过程。RIDRac1进行的修饰使得Rac1滞留在细胞膜不能移动,并且屏蔽了Rac1的重要功能区域,阻断了它与上下游之间的信号传递,无法调节肌动蛋白细胞骨架的信号通路,从而破坏了宿主细胞的结构和功能。 

  在感染实验中,朱永群课题组清晰地证实了:RID有效地抑制了由Rac1调节的巨噬细胞免疫吞噬作用、细胞迁移和抗菌氧自由基的产生。这是创伤弧菌和霍乱弧菌等抵抗宿主免疫防御的一个重要“杀手锏”。这项研究不仅促进了人类对于致命细菌致病机制的深入了解,而且也加深了人们对于宿主本身细胞信号转导通路的认识。RID对创伤弧菌的致病性是必需的,这一发现将有利于研发有效针对创伤弧菌及霍乱弧菌等病原菌的新型抗菌药物。 

  蛋白质上海设施五线六站针对本研究结果中的相关结构生物学工作提供了重要的技术支持,该工作中RID蛋白晶体X射线衍射数据是在BL18U1光束线站上收集的。该工作得到了国家自然科学基金、浙江自然科学基金、皇家学会基金,以及科技部的资助。 

  

 

  附图:创伤弧菌(V. vulnificus)RID的晶体结构。ARID的整体结构;BC端催化核心结构域;CRID核心催化结构域和HRASLS3的结构对比。 

  文章链接:http://science.sciencemag.org/content/358/6362/528 

 

(上海设施提供)