AdvSci欧阳松应罗招庆组合作揭

　低生育为人民群众提供了方便 http://www.zgbdf.net/baidianfengjiankangzixun/kuaixun/27516.html

责编

兮

细胞内的信号传导通常由不同类型的翻译后修饰（PTMs）调节，从而改变信号通路中关键分子的活性，以便对生长发育的信号或外界环境的刺激做出快速准确的反应。目前为止已有多种类型的PTMs被发现，而泛素化则是其中应用最为广泛的类型之一。常规泛素化反应通过泛素激活酶E1、泛素结合酶E2、泛素连接酶E3依次反应最终将泛素Ub连接到目的蛋白上。

“知己知彼，百战不殆”，嗜肺军团菌在与宿主长期的进化过程中早已摸清了宿主信号传导的常规路数，在感染的早期派出先遣部队“开路布防”。据统计，嗜肺军团菌利用Dot/IcmIV型分泌系统向宿主细胞注入约种效应因子。其中已有17种被鉴定出具有E3泛素连接酶的活性，与宿主内的E1和E2合作形成新的泛素调控网络，修饰宿主中的关键分子，为军团菌的侵染提供条件。这些先遣部队中除了善于潜伏的“地下工作者”外，也有一些身怀绝技的“特种兵”。年美国普渡大学罗招庆课题组率先发现SidEs家族的蛋白可以催化不依赖于E1、E2和E3的非经典泛素化途径，SidEs家族的效应蛋白的mART结构域消耗一分子NAD对泛素分子的第42位精氨酸进行修饰生成反应中间体ADRP-Ub，从而激活泛素，之后IvanDikic和RalphR.Isberg课题组进一步丰富了该研究，SidE家族效应蛋白的PDE结构域对中间体ADRP-Ub进行切割，将PR-Ub连接到底物丝氨酸残基上。这些研究改变了人们对传统的泛素化三酶机制的认识（罗招庆组揭示独特的细菌去泛素化酶可逆转磷酸核糖连接的泛素化——附专家点评）。

通过效应蛋白对细胞内环境的调控，嗜肺军团菌成功实现免疫逃逸侵染宿主。然而“致之于死地”并不是病原菌的目的，“改造环境，为我所用”才是长久之道。因此，细菌进化出了相应的逆转泛素化的机制。年，罗招庆课题组在CellResearch上报道了SidJ具有逆转SidE家族蛋白介导的磷酸核糖泛素化的功能；年，罗招庆课题组与欧阳松应课题组合作发现SidJ是一个依赖于宿主细胞钙调蛋白（CaM）的谷氨酸修饰酶（glutamylase），修饰SidE家族的mART，抑制其功能。该研究不仅揭示了效应蛋白间新的活性调控方式，而且为探讨谷氨酸修饰酶的催化机制提供了新的体系（详见BioArt报道：专家点评Nature

罗招庆/欧阳松应合作解析一种谷氨酸化修饰的新机制）；随后茅毓新课题组与IvanDikic课题组分别在PNAS和MolecularCell上发表了DupA（lpg）和DupB（lpg）是针对磷酸核糖泛素化途径的去泛素化酶（详见BioArt报道：PNAS

茅毓新组发现非典型去泛素化酶）。

年，罗招庆组在NatureMicrobiology发文揭示了嗜肺军团菌的效应蛋白MavC是一个谷酰胺转氨酶，催化泛素的Q40位点和E2结合酶UBE2N的K92和K94以异肽键交联，从而对UBE2N进行泛素化修饰，这是不同于SidE家族效应蛋白的另外一种非经典泛素化的机制，MavC通过介导UBE2N的泛素化修饰抑制NF-κB的激活，从而抑制宿主的先天性免疫，有利于嗜肺军团菌的侵染（详见BioArt报道：NatureMicrobiology丨罗招庆实验室揭示新型非经典泛素化途径）；年罗招庆课题组与欧阳松应课题组再度合作在TheEMBOJ杂志上报道了MvcA与其底物UBE2N-Ub复合物的高分辨率晶体结构，揭示了MvcA对UBE2N-Ub去泛素修饰的机制，经MvcA去泛素的UBE2N恢复其E2泛素结合酶的功能，重新参与NF-κB通路的激活，恢复部分宿主的正常功能，使嗜肺军团菌与宿主“和平共处”（详见BioArt报道：EMBOJ

罗招庆/欧阳松应揭示谷酰胺脱氨酶MvcA的去泛素化功能）。有趣的是，MvcA和MavC在蛋白序列（50%相同）和结构上高度相似，二者是如何发挥截然相反的生化功能的呢？研究人员展开了深入的研究。

年4月30日，欧阳松应课题组和罗招庆课题组再度合作在AdvancedScience上发表了题为“MolecularbasisofubiquitinationcatalyzedbythebacterialtransglutaminaseMavC”的研究论文。这是该合作团队继年7月份在Nature、年底在TheEMBOJ以及年2月份在JBiolChem上发表军团菌相关研究后的又一重要进展。

该工作解析了MavC与UBE2N-Ub的三元复合物晶体学结构（图1），MavC由Tail结构域、Core结构域和Insertion结构域三部分组成，UBE2N-Ub横跨在Tail结构域和Insertion结构域之间，Core结构域位于UBE2N-Ub的下方，起到支撑的作用。

图1MavC-UBE2N-Ub的晶体学结构

作者发现MavC-UBE2N-Ub与MvcA-UBE2N-Ub的不仅在结构组成上高度相似（图2），而且UBE2N-Ub在MavC和MvcA中的相对位置也是相似的，活性中心均是由Cys-His-Gln构成的催化三联体。

图2MavC-UBE2N-Ub和MvcA-UBE2N-Ub的结构及其比较。A和C分别是MavC-UBE2N-Ub和MvcA-UBE2N-Ub的晶体结构；B为MavC-UBE2N-Ub和MvcA-UBE2N-Ub的重叠比对。

然而通过MavC与MvcA一系列结构的比对分析我们发现位于催化三联体附近的MavCW和MvcAF是维持泛素化和去泛素化功能的关键位点，W的疏水性小于F，前者有利于维持K92-Q40之间异肽键的稳定，而后者不利于异肽键的稳定。与该推测相符的是这两个位点的突变导致泛素化与去泛素化活性不同程度的逆转（图3）。

图3MavCW和MvcAF是维持泛素化和去泛素化功能的关键位点。A和B分别是MavCW和MvcAF在MavC-UBE2N-Ub和MvcA-UBE2N-Ub中的位置；C为突变体MavCWF和MvcAFW对泛素化和自身泛素化功能的影响；D为突变体MavCWF和MvcAFW对去泛素化功能的影响。

此外，酶与底物/产物的亲和力分析研究人员发现，MavC的Insertion结构域与Tail结构域的逆时针旋转使得UBE2N与Ub在空间上更易接近，Tail结构域与Ub之间的静电引力也促进了MavC与Ub的结合，MavC与底物UBE2N和Ub的稳定结合有利于MavC催化UBE2N与Ub向异肽键合成的反应方向进行；而MvcA的Tail结构域与MavC的Tail结构域的旋转方向相反，呈顺时针转动，且MvcA的Insertion结构域与UBE2N的亲和力、Tail结构域与Ub的亲和力都低于它们在MavC中的亲和力，MvcA与产物UBE2N和Ub的低亲合力有利于催化反应向异肽键断裂的方向进行（图4，动画1）。显然，病原细菌在与宿主的长期斗争中，在最大限度节省能量的前提下，通过对酶的关键位点细微的“偷梁换柱”而衍生出复杂，精确和高效的调控机制。

图4MavC泛素化和MvcA去泛素化分子机制的模式图。A为MavC催化UBE2N和Ub生成UBE2N-Ub的示意图；B为MvcA催化UBE2N-Ub被切割生成UBE2N和Ub的示意图。动画1福建师范大学生命科学学院、南方生物医学研究中心欧阳松应课题组长期从事病原体-宿主相互作用分子机制的研究，具体包括两个方面：宿主天然免疫识别病原体的分子机制研究（包括真核宿主识别病原微生物感染的分子机制和细菌识别噬菌体感染的分子机制（CRISPR-Cas系统））、病原体逃逸宿主天然免疫反应的分子机制研究及其分子干预等。在本研究对MavC-UBE2N-Ub的结构分析与体外及体内功能实验相结合多角度充分解释了为何MavC和MvcA序列和结构高度相似而泛素化的功能却相反，使人们对非经典泛素化途径的调控有了新的认识。该文福建师范大学为第一完成单位，欧阳松应课题组副研究员关洪鑫、硕士研究生余婷、博士研究生王朝溪和罗招庆课题组付嘉琦为本文的共同第一作者，欧阳松应课题组研究生VanjaPer?ulija和李煜也参与部分工作。原文链接：

转载请注明：http://www.nwmcm.com/lctx/9542.html