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我校在生物医学方向研究中取得新进展
时间:2019-04-12

南湖新闻网讯(通讯员 李姗)近日,我校和北京生命科学研究所、中科院生物物理所、十堰市太和医院研究团队在人类致病菌感染与免疫研究中取得新进展,相关研究成果以Structural and Functional Insights into Host Death Domains Inactivation by the Bacterial Arginine GlcNAcyltransferase Effector 为题发表在Cell press系列Molecular cell杂志上。

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2013年来自中国和澳大利亚的两个研究小组在Nature发表文章,报道来自细菌的三型分泌系统效应蛋白NleB可以对死亡受体复合物中的接头蛋白TRADD/FADD/RIPK1的死亡结构域(death domain,DD)进行精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修饰。该修饰使得死亡结构域蛋白失去寡聚能力,从而在肠致病性大肠杆菌EPEC感染时,因为有NleB的存在,而抑制TNFR,FAS,TRAIL-R等多种死亡受体介导的炎症反应和细胞死亡,利于其在宿主体内定殖。该效应蛋白是如何特异识别死亡结构域蛋白,如何催化发生精氨酸N乙酰葡萄糖胺化修饰,一直是领域内关注的问题。我校李姗教授课题组与合作者在发现精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修饰(Nature,2013)开发了有效研究工具(Angewanted chemie int ed,2014)之后,又成功解析了NleB单体(酶单体),NleB/FADD DD/UDP复合体(酶/底物/糖基配体三元复合体)发生精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修饰的RIPK DD和TRADD DD(修饰后的两个蛋白底物)的晶体结构,发现NleB的催化机理与以往报道的来自细菌的多个O-连接糖基转移酶(Lgt1,-Toxin,TcdA/B,PaTox等)不同,是一种inverting glycosyltransferase,揭示精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修饰的酶学机理,酶和底物识别机制以及其酶学活性在动物感染模型中的作用(Molecular cell,2019)。

死亡结构域最著名的的生化性质是通过自体或异体相互作用,形成寡聚体来传递信号,所以对其晶体结构的研究是结构生物学中的热点和难点。发生精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修饰的死亡结构域蛋白会失去寡聚能力,并且在原核或真核共表达甚至病原菌感染体系中,NleB对TRADD,FADD和RIPK1的死亡结构域修饰比例可以达到百分之百。研究人员解析了修饰后的TRADD DD和RIPK1 DD蛋白的晶体结构,可以看到N乙酰葡萄糖胺(GlcNAc)以-构型连接在死亡结构域蛋白对应的精氨酸上。

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人类基因组中有大于30个死亡结构域蛋白,其中12个含有保守精氨酸(NleB的修饰位点)。研究人员利用课题组前期制备的特异性识别精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修饰的抗体,发现在原核体系中,NleB可以修饰TNFR1、FAS、DR3等受体,而不能修饰DR4和DR5。他们将酶和底物结合区域的重要氨基酸进行突变分析,发现DR5的Lys369变成可被修饰底物中的氨基酸Asp后DR5就可以被NleB修饰。与之相对应,NleB中可能与DR5的Asp369突变体相互作用的位点Lys289和Lys292如果变成Asp289和Glu292,则NleB也获得的修饰DR5的能力,这进一步说明酶和底物精细的识别机制调控了NleB对死亡结构域蛋白特异的修饰。

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研究人员在动物感染模型中,证实了NleB对蛋白底物的识别,对糖基配体的结合,及其翻转式糖基转移酶的催化机制,对病原细菌在宿主体内的有效定殖至关重要。

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最后,研究人员发现NleB可以抑制FADD与上游FAS、DR4、DR5和RIPK1的结合,也可以抑制TRADD与上游TNFR1,及下游RIPK1和FADD的结合。由于NleB可以有效的修饰多个死亡受体相关蛋白的死亡结构域,它是一个多效的死亡受体信号通路抑制剂。

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我校生命科技学院、生物医学中心李姗教授,北京生命科学研究所邵峰院士,中国科学院生物物理所丁璟珒研究员为本文的共同通讯作者。本项目受科技部重点研发专项、国家自然科学基金、中科院青年创新项目、湖北省自然科学基金和华中农业大学自主创新基金资助。

【论文链接】https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.03.028

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