李雪明研究組在Nature Microbiology雜志發(fā)表論文 揭示細菌II型分泌系Pilotin-Secretin復合物的組裝機制
2018年4月9日，清華大學生命科學學院李雪明課題組在《自然&微生物》(Nature Microbiology)雜志在線發(fā)表題為《腸毒性大腸桿菌中二型分泌系統(tǒng)定位蛋白與分泌通道蛋白復合體組裝機制的結(jié)構(gòu)觀察》（Structural insight into the assembly of the type II secretion system pilotin–secretin complex from enterotoxigenic Escherichia coli）的研究論文，該工作通過冷凍電鏡的研究手段首次揭示了細菌二型分泌系統(tǒng)中外膜定位蛋白和分泌通道蛋白復合物(Pilotin-Secretin，AspS-GspD)的近原子分辨率結(jié)構(gòu)，結(jié)合相應的生化實驗，闡述了該蛋白復合物的組裝機理。
革蘭氏陰性菌通過一系列不同類型的分泌系統(tǒng)向胞外或者其他細胞分泌各種底物，包括離子，小分子（如抗生素），大分子物質(zhì)（如毒性蛋白，DNA）等，這些分泌出的底物大多都與人類健康息息相關(guān)。其中的二型分泌系統(tǒng)（T2SS）分泌的底物主要是折疊好的成熟蛋白質(zhì)，通常是與疾病直接相關(guān)的毒性因子或效應蛋白，其中比較熟知的有霍亂毒素、腸毒素，以及外毒素A。李雪明課題組在2017年1月率先解析了細菌二型分泌系統(tǒng)外膜分泌通道蛋白復合物（Secretin GspD）的原子分辨率結(jié)構(gòu)以及通道的半開放狀態(tài)結(jié)構(gòu)，結(jié)合相應的生化實驗，闡述了底物通過二型分泌系統(tǒng)外膜分泌通道蛋白GspD的分泌機理。分泌通道蛋白GspD 作為細菌外膜蛋白，需要一種稱為定位蛋白（Pilotin）的脂蛋白幫助其定位到外膜上，但由于GspD 結(jié)合定位蛋白的區(qū)域十分不保守，導致定位蛋白在物種中也很不保守，很多類似分泌通道（Secretin） 的定位蛋白是哪個至今仍不清楚。二型分泌系統(tǒng)全長定位蛋白-分泌通道蛋白（pilotin–secretin）復合物的結(jié)構(gòu)至今未獲得，組裝方式和定位機理仍不清楚。
該工作首先通過熒光共定位實驗，吸附洗脫實驗以及冷凍電鏡二維平均的方法證明了腸毒性大腸桿菌的YghG蛋白是GspD的定位蛋白（簡稱為AspS), 并且證明了定位蛋白與分泌通道蛋白能在體內(nèi)形成穩(wěn)定的復合物。通過單顆粒重構(gòu)的方法解析了大腸桿菌來源的全長定位蛋白-分泌通道蛋白復合物3.2 ？分辨率的分子結(jié)構(gòu)，揭示了該復合物中的兩種蛋白AspS和GspD具有15:15的組裝比例，與課題組之前報道的分泌通道蛋白十五重對稱結(jié)構(gòu)相吻合。有意思的是每一個定位蛋白AspS 都與兩個相鄰的分泌通道蛋白GspD 相互作用，這種相互作用包括一類強相互作用，和一類新發(fā)現(xiàn)的弱相互作用。通過參與強相互作用的一個基因保守的苯丙氨酸單突變，發(fā)現(xiàn)該苯丙氨酸對定位蛋白-分泌通道蛋白復合物的組裝十分關(guān)鍵。
定位蛋白-分泌通道蛋白 (AspS-GspD)復合物冷凍電鏡結(jié)構(gòu)
清華大學生命學院李雪明研究員為本工作的通訊作者。清華大學PTN項目四年級博士生尹孟和生命學院四年級直博生嚴照峰為本文共同第一作者。該工作的冷凍電鏡數(shù)據(jù)采集在國家蛋白質(zhì)科學設(shè)施（北京）的清華大學冷凍電鏡平臺完成，數(shù)據(jù)處理在國家蛋白質(zhì)科學設(shè)施（北京）清華大學高性能計算平臺完成。該工作獲得了生命科學聯(lián)合中心、北京市結(jié)構(gòu)生物學高精尖創(chuàng)新中心、國家自然科學基金委面上項目和科技部重點研發(fā)計劃的經(jīng)費支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41564-018-0148-0
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