北京生命科學(xué)研究所邵峰博士實(shí)驗(yàn)室在Proc Natl Acad Sci USA雜志在線發(fā)表題為“A bacterial type III effector family uses the papain-like hydrolytic activity to arrest the host cell cycle”的文章。該文章報(bào)道了許多病原細(xì)菌通過其三型分泌系統(tǒng)向宿主細(xì)胞注入一類全新的類巰基蛋白酶的效應(yīng)分子進(jìn)而引起宿主細(xì)胞周期的阻斷。

　　通過三型分泌系統(tǒng)分泌毒力效應(yīng)蛋白分子進(jìn)入真核宿主體內(nèi)，進(jìn)而阻斷或調(diào)節(jié)宿主免疫相關(guān)的信號通路是許多革藍(lán)氏陰性病原菌普遍采用的致病機(jī)制，也是目前研究較為廣泛的領(lǐng)域。但近年來的研究顯示，除免疫信號通路之外，對真核細(xì)胞周期的干擾也可能是病原細(xì)菌在感染和致病過程中采取的一個(gè)重要策略。目前這方面深入的機(jī)理研究還鮮有報(bào)道。

　　在這項(xiàng)工作之前，法國的一個(gè)研究小組用遺傳篩選的方法發(fā)現(xiàn)了某些腸道大腸桿菌能通過其三型分泌系統(tǒng)分泌一個(gè)能引起宿主細(xì)胞周期阻斷的效應(yīng)分子。邵峰小組在這篇文章中首先發(fā)現(xiàn)類鼻疽桿菌(Burkholderia pseudomallei)、昆蟲病原線蟲共生菌（Photorhabdus luminescens）以及某些腸道耶爾氏菌(Yersinia pseudotuberculosis)的基因組都編碼了序列上有一定程度相似的基因，并證明了這些基因編碼的蛋白都確實(shí)能引起真核細(xì)胞周期阻斷在G2/M。通過對類鼻疽桿菌的效應(yīng)分子（命名為CHBP）的結(jié)構(gòu)分析，作者發(fā)現(xiàn)，盡管和木瓜蛋白酶（Papain）家族不存在蛋白一級序列上的同源性，這類效應(yīng)蛋白卻具有和木瓜蛋白酶相似的折疊模式。更為重要的是，木瓜蛋白酶家族保守的催化位點(diǎn)三聯(lián)體（Cys-His-Asp/Asn）在CHBP的相應(yīng)結(jié)構(gòu)區(qū)域，以及整個(gè)CHBP家族的效應(yīng)分子中都保守。定點(diǎn)突變研究發(fā)現(xiàn)，無論是在細(xì)菌感染，還是將純化的重組蛋白直接導(dǎo)入到真核宿主細(xì)胞中，構(gòu)成催化位點(diǎn)三聯(lián)體的氨基酸對引起細(xì)胞周期阻斷的表型似乎都是絕對必不可少的。通過生物化學(xué)和質(zhì)譜的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CHBP及其同源效應(yīng)分子的用于催化的巰基能夠被一種叫做E-64的、已知能夠特異性修飾木瓜蛋白酶催化三聯(lián)體中半胱氨酸的小分子抑制劑所共價(jià)修飾。但和木瓜蛋白酶家族一般利用所謂S2位點(diǎn)來識別并決定底物切割位點(diǎn)的性質(zhì)不一樣的是，CHBP的S2位點(diǎn)沒有顯著的結(jié)構(gòu)特征，而其S1/S1’位點(diǎn)卻有一個(gè)非常特征性的帶負(fù)電荷的口袋結(jié)構(gòu)。該位點(diǎn)的突變能使CHBP家族的效應(yīng)分子徹底喪失阻斷細(xì)胞周期的功能。作者進(jìn)一步通過分子模擬和對接的研究發(fā)現(xiàn)，這個(gè)帶負(fù)電荷的口袋可以非常理想地結(jié)合一個(gè)精氨酸，而精氨酸也似乎是20個(gè)氨基酸中唯一適合結(jié)合該口袋結(jié)構(gòu)的氨基酸。這個(gè)結(jié)果說明，CHBP家族的效應(yīng)分子極有可能需要識別其靶點(diǎn)蛋白中一個(gè)精氨酸來行使其功能。

　　這篇文章不僅揭示了一類全新的存在于多種致病菌中、且具有很強(qiáng)的阻斷細(xì)胞周期活性的三型分泌系統(tǒng)效應(yīng)分子，而且發(fā)現(xiàn)這類病原效應(yīng)分子是通過和木瓜蛋白酶類似的催化活性來實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞周期的阻斷，為后續(xù)進(jìn)一步尋找其宿主靶點(diǎn)蛋白和徹底闡明作用機(jī)理的研究提供了很好的線索和依據(jù)。由于這類效應(yīng)分子引起的細(xì)胞周期阻斷（G2/M）并不涉及已知的DNA損傷途經(jīng)，這項(xiàng)研究也將很有可能豐富和加深人們對真核細(xì)胞周期本身的理解。有趣的是，邵峰博士在早年對耶爾氏菌三型分泌系統(tǒng)效應(yīng)分子的功能研究中，首次發(fā)現(xiàn)耶爾氏菌的YopT分子和植物假單胞菌的AvrPphB定義了一類廣泛存在于多種細(xì)菌病原體中新的、和木瓜蛋白酶類似的巰基蛋白酶家族（Cell, 2002, v109, p575; Science, 2003, v301, p1230; Proc. Natl. Acad. Sci., 2004, v101, p302）。本文報(bào)道的結(jié)果（以及近幾年國際上其他幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室的研究發(fā)現(xiàn)）也延續(xù)和進(jìn)一步驗(yàn)證了病原細(xì)菌通過具有巰基蛋白酶活性的毒力效應(yīng)因子來感染和致病是一個(gè)較為普遍的機(jī)制的觀點(diǎn)。