[交大智慧] 生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院董濤團(tuán)隊(duì)在Nature Communications發(fā)表Ⅵ型蛋白分泌系統(tǒng)合成機(jī)制新進(jìn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室董濤團(tuán)隊(duì)揭示了細(xì)菌Ⅵ型蛋白分泌系統(tǒng)（T6SS）的合成調(diào)控新機(jī)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(jī)制是董濤團(tuán)隊(duì)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(jī)制的延續(xù)和補(bǔ)充，從T6SS管狀結(jié)構(gòu)合成的角度推動(dòng)了該領(lǐng)域?qū)6SS作用機(jī)制的理解和研究。
T6SS是一種廣泛存在于病原細(xì)菌中并在微生物競爭中發(fā)揮重要作用的細(xì)菌的武器。它的典型特征是在細(xì)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(gè)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(shí)將內(nèi)管彈射至細(xì)胞外。這個(gè)過程釋放的能量相當(dāng)于1000個(gè)ATP分子的水解能，其作用力可使內(nèi)管直接穿透受體細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)外膜和細(xì)胞壁，深入到細(xì)胞質(zhì)中。然而，T6SS的合成和收縮機(jī)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(shí)缺失tagA或者誘導(dǎo)表達(dá)內(nèi)膜蛋白TssM，會重新刺激細(xì)菌合成T6SS管狀結(jié)構(gòu);?誘導(dǎo)表達(dá)TssA可以抑制T6SS結(jié)構(gòu)蛋白的非正常聚集；而誘導(dǎo)表達(dá)TagA會抑制T6SS的正常合成。通過創(chuàng)新性的構(gòu)建和運(yùn)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(jìn)行細(xì)致的生化和遺傳研究，作者提出了一個(gè)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(xiàng)工作還對T6SS這一廣泛分布并可作用于真核和原核細(xì)胞的重要武器的來源進(jìn)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(xiàng)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(dú)立合成。因此，通過這項(xiàng)研究我們還可以看到在漫長的進(jìn)化過程中細(xì)菌整合T6SS時(shí)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(xiàng)目(31770082)等項(xiàng)目的支持。
文章鏈接： http://www.nature.com/articles/s41467-020-18807-9
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