蛋白質(zhì)泛素化機制研究新進展

通過三型分泌系統(tǒng)分泌效應(yīng)分子進入真核細胞內(nèi)，進而阻斷或調(diào)節(jié)宿主關(guān)鍵信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是許多病原菌普遍采用的致病機制。尋找效應(yīng)分子在宿主細胞中的靶蛋白并闡明其作用于靶蛋白及相關(guān)信號通路的生物化學(xué)機理對我們了解病原菌致病機理和建立有效防治手段有著重要的意義。同時，這也可能促進我們對真核細胞本身信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制的進一步理解。2010年8月5日，NIBS邵峰博士實驗室報道了病原細菌效應(yīng)蛋白通過直接共價修飾并失活宿主細胞中的泛素和泛素類蛋白從而導(dǎo)致宿主泛素信號通路發(fā)生功能紊亂的新的致病機制。該研究發(fā)表于Science雜志上。

這項研究揭示了一種全新的、通過分泌效應(yīng)蛋白直接修飾宿主中泛素和泛素類蛋白（NEDD8）從而阻斷宿主泛素化通路的病原菌致病機制。更為重要的是，這種對泛素和NEDD8的特異性脫氨修飾也為研究蛋白質(zhì)泛素化的機制（為何Gln-40脫氨化的泛素不能在泛素連接酶催化下成泛素鏈）以及NEDD8是如何活化Cullin泛素連接酶的生物化學(xué)機制研究提供了一個新的、*的研究途徑和思路。這項研究也有力地說明對病原菌效應(yīng)蛋白的研究可以為我們了解真核本身的細胞生物化學(xué)機制提供*的角度，有著重要的意義。

來自類鼻疽桿菌（Burkholderia pseudomallei）的CHBP和來自致病性大腸桿菌（Enteropathogenic E. coli）的Cif是一類具有木瓜蛋白酶催化結(jié)構(gòu)域的三型分泌效應(yīng)蛋白，這類效應(yīng)分子具有阻斷宿主細胞周期的活性。在這項研究中，邵峰小組先發(fā)現(xiàn)CHBP具有很強的抑制真核細胞的泛素鏈形成（ubiquitination）的活性，這種活性依賴于CHBP的類木瓜蛋白酶的催化活性。一系列的生化實驗分析揭示了泛素（ubiquitin）蛋白第40位的谷氨酰胺（Gln-40）在CHBP的作用后發(fā)生了脫氨反應(yīng)，變成了谷氨酸。因此，CHBP性質(zhì)上是一個泛素脫氨酶（deamidase）。利用分子生物學(xué)的方法直接將泛素的Gln-40突變?yōu)楣劝彼岷螅还苁窃隗w外還是在細胞內(nèi)，這樣的突變泛素分子都喪失了形成泛素鏈的活性。在進一步檢測了CHBP是否也作用其他泛素類蛋白時，邵峰小組發(fā)現(xiàn)CHBP能夠，也只能夠?qū)σ粋€叫做NEDD8的泛素類蛋白起同樣的脫氨修飾作用，并且活性要更強一些。在Burkholderia的感染宿主細胞的實驗中，他們也驗證了通過三型分泌系統(tǒng)分泌的CHBP能夠?qū)е滤拗骷毎袔缀跛械腘EDD8和大約一半的泛素分子發(fā)生脫氨化修飾。

有趣的是，當(dāng)用帶有Cif的致病性大腸桿菌感染宿主細胞時，他們發(fā)現(xiàn)NEDD8被*修飾，而泛素卻一點都沒有。這與體外觀察到的Cif對NEDD8有很強的偏好性是一致的。在感染的細胞中，只有受Cullin泛素連接酶復(fù)合物調(diào)控降解的底物蛋白的泛素化和降解受到了明顯的抑制作用。NEDD8的功能是和Cullin蛋白發(fā)生類似于單泛素化的共價修飾（這個修飾作用也被叫做neddylation）。已知NEDD8修飾可以大大增強Cullin泛素連接酶復(fù)合物的活性，但令人吃驚的是，當(dāng)Cullin分子被經(jīng)過脫氨的NEDD8修飾后，其泛素連接酶活性不僅沒有被上調(diào)，反而卻受到了極大的抑制。這個結(jié)果地解釋了體內(nèi)觀察到的Cullin底物泛素化和降解受到特異性抑制的現(xiàn)象。更進一步，在真核細胞中直接異位表達脫氨化的NEDD8能夠模擬致病性大腸桿菌的感染作用，這些作用包括Cullin底物的特異性積累，細胞周期運轉(zhuǎn)受到抑制，以及細胞出現(xiàn)很強的應(yīng)力纖維。事實上，應(yīng)力纖維的出現(xiàn)正是由于邵峰實驗室此前的研究中發(fā)現(xiàn)的CUL3/BACURD泛素連接酶復(fù)合物（Chen et al., Molecular Cell, 2009）在NEDD8被脫氨后，其泛素化和降解RhoA的功能受到了抑制。