[交大智慧] 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院董濤團隊在Nature Communications發(fā)表Ⅵ型蛋白分泌系統(tǒng)合成機制新進展
近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國家重點實驗室董濤團隊揭示了細菌Ⅵ型蛋白分泌系統(tǒng)（T6SS）的合成調(diào)控新機制。該研究發(fā)現(xiàn)霍亂弧菌中跨膜蛋白TssM和伴侶蛋白TssA-TagA對T6SS管狀結(jié)構(gòu)的合成起到關(guān)鍵的協(xié)同控制作用，相關(guān)成果以“TssA–TssM–TagA interaction modulates type VI secretion system sheath-tube assembly in Vibrio cholerae”為題發(fā)表于Nature Communications雜志上。上海交通大學(xué)博士研究生梁小夜和李浩為共同作者，生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院董濤研究員為通訊作者。本研究闡明的T6SS合成機制是董濤團隊自2019年11月在PNAS和2020年2月在Nature Microbiology, 以及2020年4月在Nature?Communications上發(fā)表的關(guān)于T6SS分泌蛋白作用機制的延續(xù)和補充，從T6SS管狀結(jié)構(gòu)合成的角度推動了該領(lǐng)域?qū)6SS作用機制的理解和研究。
T6SS是一種廣泛存在于病原細菌中并在微生物競爭中發(fā)揮重要作用的細菌的武器。它的典型特征是在細菌內(nèi)部合成的長約1微米的管狀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由內(nèi)外雙層管組成，一端被錨定在跨膜結(jié)構(gòu)復(fù)合物上，該復(fù)合物由多個蛋白組成并跨越內(nèi)外膜（圖1a）。外管結(jié)構(gòu)類似于彈簧，可以在2毫秒內(nèi)收縮至原長的一半，并同時將內(nèi)管彈射至細胞外。這個過程釋放的能量相當(dāng)于1000個ATP分子的水解能，其作用力可使內(nèi)管直接穿透受體細菌的細胞內(nèi)外膜和細胞壁，深入到細胞質(zhì)中。然而，T6SS的合成和收縮機制一直是領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注但尚未解決的重要問題。
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圖1. T6SS sheaths assemble in membrane complex and baseplate mutants
2016年，Cascales教授在一篇發(fā)表于Nature的文章中提出了由TssA為關(guān)鍵合成起始因子的T6SS組裝模型。隨后，在2018年該團隊在Nature?Microbiology上提出了由TagA為關(guān)鍵終止因子的T6SS合成模型。因此，TssA-TagA這對含有ImpA_N結(jié)構(gòu)域的同源蛋白被領(lǐng)域內(nèi)認(rèn)為在T6SS合成中發(fā)揮了重要的起始和終止作用。然而，董濤團隊的最新研究發(fā)現(xiàn)仍有一系列的現(xiàn)象無法被該模型解釋。這些現(xiàn)象主要包括：在敲除了tssA基因的突變體內(nèi)，如果同時缺失tagA或者誘導(dǎo)表達內(nèi)膜蛋白TssM，會重新刺激細菌合成T6SS管狀結(jié)構(gòu);?誘導(dǎo)表達TssA可以抑制T6SS結(jié)構(gòu)蛋白的非正常聚集；而誘導(dǎo)表達TagA會抑制T6SS的正常合成。通過創(chuàng)新性的構(gòu)建和運用一系列T6SS結(jié)構(gòu)蛋白基因敲除突變體和T6SS不可收縮模型，作者成功地將T6SS合成的起始過程和延伸過程區(qū)分開，并且在缺失了跨膜結(jié)構(gòu)基因的突變體中仍然發(fā)現(xiàn)有T6SS的管狀結(jié)構(gòu)合成。這些發(fā)現(xiàn)明確顯示了現(xiàn)有模型的缺陷。通過對TssM、TssA和TagA的功能進行細致的生化和遺傳研究，作者提出了一個由TssM-TssA-TagA共同控制T6SS合成的新模型。
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圖2. TssA–TagA–TssM regulates priming and termination of the T6SS assembly
最后，本項工作還對T6SS這一廣泛分布并可作用于真核和原核細胞的重要武器的來源進行了探討。T6SS跨膜蛋白復(fù)合物中的TssM和TssL蛋白與IV蛋白分泌系統(tǒng)（T4SS）的膜蛋白同源，而T6SS的管狀結(jié)構(gòu)與噬菌體的可收縮尾管同源。這項研究發(fā)現(xiàn)，在特定條件下T6SS的管狀結(jié)構(gòu)可以不依賴于跨膜蛋白復(fù)合物而獨立合成。因此，通過這項研究我們還可以看到在漫長的進化過程中細菌整合T6SS時留下的T4SS和噬菌體的痕跡或影子。
該研究獲國家自然科學(xué)基金委面上項目(31770082)等項目的支持。
文章鏈接： http://www.nature.com/articles/s41467-020-18807-9
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