我校在生物醫(yī)學方向研究中取得新進展
??? 近日，我校和北京生命科學研究所、中科院生物物理所、十堰市太和醫(yī)院研究團隊在人類致病菌感染與免疫研究中取得新進展，相關研究成果以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年來自中國和澳大利亞的兩個研究小組在Nature發(fā)表文章，報道來自細菌的三型分泌系統(tǒng)效應蛋白NleB可以對死亡受體復合物中的接頭蛋白TRADD／FADD／RIPK1的死亡結構域（death domain，DD）進行精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾。該修飾使得死亡結構域蛋白失去寡聚能力，從而在腸致病性大腸桿菌EPEC感染時，因為有NleB的存在，而抑制TNFR，F(xiàn)AS，TRAIL-R等多種死亡受體介導的炎癥反應和細胞死亡，利于其在宿主體內(nèi)定殖。該效應蛋白是如何特異識別死亡結構域蛋白，如何催化發(fā)生精氨酸N乙酰葡萄糖胺化修飾，一直是領域內(nèi)關注的問題。我校李姍教授課題組與合作者在發(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復合體（酶／底物／糖基配體三元復合體）發(fā)生精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾的RIPK DD和TRADD DD（修飾后的兩個蛋白底物）的晶體結構，發(fā)現(xiàn)NleB的催化機理與以往報道的來自細菌的多個O-連接糖基轉移酶（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機理，酶和底物識別機制以及其酶學活性在動物感染模型中的作用（Molecular cell，2019）。
??? 死亡結構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，所以對其晶體結構的研究是結構生物學中的熱點和難點。發(fā)生精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾的死亡結構域蛋白會失去寡聚能力，并且在原核或真核共表達甚至病原菌感染體系中，NleB對TRADD，F(xiàn)ADD和RIPK1的死亡結構域修飾比例可以達到百分之百。研究人員解析了修飾后的TRADD DD和RIPK1 DD蛋白的晶體結構，可以看到N乙酰葡萄糖胺（GlcNAc）以?-構型連接在死亡結構域蛋白對應的精氨酸上。
??? 人類基因組中有大于30個死亡結構域蛋白，其中12個含有保守精氨酸（NleB的修飾位點）。研究人員利用課題組前期制備的特異性識別精氨酸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。他們將酶和底物結合區(qū)域的重要氨基酸進行突變分析，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。與之相對應，NleB中可能與DR5的Asp369突變體相互作用的位點Lys289和Lys292如果變成Asp289和Glu292，則NleB也獲得的修飾DR5的能力，這進一步說明酶和底物精細的識別機制調(diào)控了NleB對死亡結構域蛋白特異的修飾。
??? 研究人員在動物感染模型中，證實了NleB對蛋白底物的識別，對糖基配體的結合，及其翻轉式糖基轉移酶的催化機制，對病原細菌在宿主體內(nèi)的有效定殖至關重要。
??? 最后，研究人員發(fā)現(xiàn)NleB可以抑制FADD與上游FAS、DR4、DR5和RIPK1的結合，也可以抑制TRADD與上游TNFR1，及下游RIPK1和FADD的結合。由于NleB可以有效的修飾多個死亡受體相關蛋白的死亡結構域，它是一個多效的死亡受體信號通路抑制劑。
??? 我校生物醫(yī)學與健康學院李姍教授，北京生命科學研究所邵峰院士，中國科學院生物物理所丁璟珒研究員為本文的共同通訊作者。本項目受科技部重點研發(fā)專項、國家自然科學基金、中科院青年創(chuàng)新項目、湖北省自然科學基金和華中農(nóng)業(yè)大學自主創(chuàng)新基金資助。
【論文鏈接】https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.03.028
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