我校在生物醫(yī)學(xué)方向研究中取得新進(jìn)展
??? 近日，我校和北京生命科學(xué)研究所、中科院生物物理所、十堰市太和醫(yī)院研究團(tuán)隊(duì)在人類致病菌感染與免疫研究中取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以Structural and Functional Insights into Host Death Domains Inactivation by the Bacterial Arginine GlcNAcyltransferase Effector 為題發(fā)表在Cell press系列Molecular cell雜志上。
??? 2013年來自中國(guó)和澳大利亞的兩個(gè)研究小組在Nature發(fā)表文章，報(bào)道來自細(xì)菌的三型分泌系統(tǒng)效應(yīng)蛋白NleB可以對(duì)死亡受體復(fù)合物中的接頭蛋白TRADD／FADD／RIPK1的死亡結(jié)構(gòu)域（death domain，DD）進(jìn)行精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾。該修飾使得死亡結(jié)構(gòu)域蛋白失去寡聚能力，從而在腸致病性大腸桿菌EPEC感染時(shí)，因?yàn)橛蠳leB的存在，而抑制TNFR，F(xiàn)AS，TRAIL-R等多種死亡受體介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞死亡，利于其在宿主體內(nèi)定殖。該效應(yīng)蛋白是如何特異識(shí)別死亡結(jié)構(gòu)域蛋白，如何催化發(fā)生精氨酸N乙酰葡萄糖胺化修飾，一直是領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的問題。我校李?yuàn)櫧淌谡n題組與合作者在發(fā)現(xiàn)精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾（Nature，2013）開發(fā)了有效研究工具（Angewanted chemie int ed，2014）之后，又成功解析了NleB單體（酶單體），NleB／FADD DD／UDP復(fù)合體（酶／底物／糖基配體三元復(fù)合體）發(fā)生精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾的RIPK DD和TRADD DD（修飾后的兩個(gè)蛋白底物）的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)NleB的催化機(jī)理與以往報(bào)道的來自細(xì)菌的多個(gè)O-連接糖基轉(zhuǎn)移酶（Lgt1，?-Toxin，TcdA/B，PaTox等）不同，是一種inverting glycosyltransferase，揭示精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾的酶學(xué)機(jī)理，酶和底物識(shí)別機(jī)制以及其酶學(xué)活性在動(dòng)物感染模型中的作用（Molecular cell，2019）。
??? 死亡結(jié)構(gòu)域最著名的的生化性質(zhì)是通過自體或異體相互作用，形成寡聚體來傳遞信號(hào)，所以對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)的研究是結(jié)構(gòu)生物學(xué)中的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。發(fā)生精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾的死亡結(jié)構(gòu)域蛋白會(huì)失去寡聚能力，并且在原核或真核共表達(dá)甚至病原菌感染體系中，NleB對(duì)TRADD，F(xiàn)ADD和RIPK1的死亡結(jié)構(gòu)域修飾比例可以達(dá)到百分之百。研究人員解析了修飾后的TRADD DD和RIPK1 DD蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，可以看到N乙酰葡萄糖胺（GlcNAc）以?-構(gòu)型連接在死亡結(jié)構(gòu)域蛋白對(duì)應(yīng)的精氨酸上。
??? 人類基因組中有大于30個(gè)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白，其中12個(gè)含有保守精氨酸（NleB的修飾位點(diǎn)）。研究人員利用課題組前期制備的特異性識(shí)別精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾的抗體，發(fā)現(xiàn)在原核體系中，NleB可以修飾TNFR1、FAS、DR3等受體，而不能修飾DR4和DR5。他們將酶和底物結(jié)合區(qū)域的重要氨基酸進(jìn)行突變分析，發(fā)現(xiàn)DR5的Lys369變成可被修飾底物中的氨基酸Asp后DR5就可以被NleB修飾。與之相對(duì)應(yīng)，NleB中可能與DR5的Asp369突變體相互作用的位點(diǎn)Lys289和Lys292如果變成Asp289和Glu292，則NleB也獲得的修飾DR5的能力，這進(jìn)一步說明酶和底物精細(xì)的識(shí)別機(jī)制調(diào)控了NleB對(duì)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白特異的修飾。
??? 研究人員在動(dòng)物感染模型中，證實(shí)了NleB對(duì)蛋白底物的識(shí)別，對(duì)糖基配體的結(jié)合，及其翻轉(zhuǎn)式糖基轉(zhuǎn)移酶的催化機(jī)制，對(duì)病原細(xì)菌在宿主體內(nèi)的有效定殖至關(guān)重要。
??? 最后，研究人員發(fā)現(xiàn)NleB可以抑制FADD與上游FAS、DR4、DR5和RIPK1的結(jié)合，也可以抑制TRADD與上游TNFR1，及下游RIPK1和FADD的結(jié)合。由于NleB可以有效的修飾多個(gè)死亡受體相關(guān)蛋白的死亡結(jié)構(gòu)域，它是一個(gè)多效的死亡受體信號(hào)通路抑制劑。
??? 我校生物醫(yī)學(xué)與健康學(xué)院李?yuàn)櫧淌?，北京生命科學(xué)研究所邵峰院士，中國(guó)科學(xué)院生物物理所丁璟珒研究員為本文的共同通訊作者。本項(xiàng)目受科技部重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新項(xiàng)目、湖北省自然科學(xué)基金和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)自主創(chuàng)新基金資助。
【論文鏈接】https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.03.028
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