12月11日,，國際著名雜志Nature刊登了北京生命科學(xué)研究所邵峰博士等的最新研究成果“Cysteine methylation disrupts ubiquitin-chain sensing in NF-κB activation。”,，該文章報道了病原細(xì)菌效應(yīng)蛋白通過半胱氨酸甲基化修飾宿主NF-kB通路中的TAB2/3分子從而使其失去感受上游泛素鏈信號的活性,，進(jìn)而有效抑制細(xì)菌感染過程中NF-kB炎癥反應(yīng)信號通路的激活。
通過三型分泌系統(tǒng)分泌效應(yīng)分子進(jìn)入真核細(xì)胞內(nèi),，進(jìn)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(jī)制,。尋找效應(yīng)分子在宿主細(xì)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(jī)理對我們了解病原菌致病機(jī)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(jìn)我們對真核細(xì)胞本身信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的進(jìn)一步理解,。
許多病原細(xì)菌在感染過程中都能有效地抑制宿主細(xì)胞中起抗感染作用的NF-kB炎癥反應(yīng)信號通路的激活。邵峰實驗室一直對病原菌如何拮抗宿主炎癥信號通路的分子機(jī)制感興趣,。腸致病性大腸桿菌（Enteropathogenic E. coli）對NF-kB信號通路的抑制作用依賴于其三型分泌系統(tǒng)分泌的NleE 效應(yīng)蛋白,。在這項研究中，邵峰小組首先通過一系列的細(xì)胞生物學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)NleE能直接作用于宿主細(xì)胞中NF-kB信號通路中的關(guān)鍵信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子TAB2/3,。在正常的由細(xì)菌感染所誘導(dǎo)激活的NF-kB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中,，TAB2/3 的功能是通過感受來自上游 Toll樣受體復(fù)合物產(chǎn)生的泛素鏈信號，從而激活TAK1-TAB1-TAB2/3復(fù)合物中TAK1分子的激酶活性并實現(xiàn)對下游信號通路的激活,。TAB2/3感受泛素鏈信號的功能是通過其C端保守的鋅指結(jié)構(gòu)域（NZF domain）直接結(jié)合泛素鏈而實現(xiàn)的,。在進(jìn)一步的生物化學(xué)實驗分析中，邵峰小組發(fā)現(xiàn)NleE 效應(yīng)蛋白具有一種全新的甲基轉(zhuǎn)移酶的活性，這種甲基轉(zhuǎn)移酶能特異性地修飾TAB2/3鋅指結(jié)構(gòu)域中一個螯合鋅離子的半胱氨酸,。這種新穎的修飾作用導(dǎo)致NZF結(jié)構(gòu)域中鋅離子的離去和該結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象變化,。無論是在體外的重組實驗還是腸致病性大腸桿菌感染的細(xì)胞中,，被NleE效應(yīng)蛋白甲基化修飾的TAB2/3都徹底喪失了結(jié)合泛素鏈的功能,。 NZF結(jié)構(gòu)域是一類廣泛存在的鋅指結(jié)構(gòu)域,，存在于其它許多蛋白中,。在后續(xù)的實驗中，邵峰實驗室的研究人員發(fā)現(xiàn),，如將TAB3的NZF結(jié)構(gòu)域替換為能夠被NLeE甲基化的,、來自酵母Vps36蛋白的NZF結(jié)構(gòu)域，由這種嵌合蛋白介導(dǎo)的NF-kB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)仍然能夠被NleE 所抑制,。相反,，當(dāng)用其它不能被NleE 甲基化修飾的NZF結(jié)構(gòu)域替換TAB3的NZF結(jié)構(gòu)域時，這樣的嵌合蛋白介導(dǎo)的NF-kB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)就不再受NleE所抑制,。 這些實驗有力地說明了NleE確實是通過甲基化修飾TBA2/3鋅指結(jié)構(gòu)域中的半胱氨酸而實現(xiàn)對宿主NF-kB信號通路的抑制作用的,。
這項研究不僅揭示了一種新的病原菌效應(yīng)蛋白阻斷宿主炎癥信號通路的機(jī)制，更為重要的是,，這篇文章也首次報導(dǎo)了半胱氨酸甲基化作為一種新的翻譯后修飾在調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起關(guān)鍵作用,。鑒于鋅指結(jié)構(gòu)域是一種最為廣泛存在的結(jié)構(gòu)域，同時正是由于鋅離子的螯合作用才使得TAB2/3中的半胱氨酸能夠被NleE所甲基化,，這項研究發(fā)現(xiàn)也暗示真核細(xì)胞本身的蛋白也很有可能存在半胱氨酸甲基化這種翻譯后修飾和調(diào)控機(jī)制,。另外，最近在NF-kB信號通路的研究中存在一個到底是線性泛素鏈還是Lys63連接的泛素鏈哪個更為重要的爭論,， 鑒于TAB2/3只感受Lys63連接的泛素鏈并且NleE對 NF-kB通路中的其它泛素鏈結(jié)合蛋白沒有修飾作用,，這項工作從一個獨特的角度說明了Lys63連接的的泛素鏈確實對NF-kB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)至關(guān)重要。
博士研究生張麗為本文第一作者,；研究生徐浩和博士后崔霽欣對本項研究也有重要貢獻(xiàn),；其他參與此項工作的還有邵峰小組的技術(shù)員陳靜，胡麗燕和柳麗萍,、研究生鞏一南和周艷以及博士后陸秋鶴和葛建寧,；蛋白質(zhì)組中心的丁小軍和陳涉也參與了部分研究工作；邵峰博士為本文通訊作者,。此項研究為科技部973和北京市科委資助課題,，完全在北京生命科學(xué)研究所完成。（生物谷Bioon.com）
延伸閱讀：
PNAS：病原菌可通過分泌毒蛋白影響宿主細(xì)胞周期
Science：邵峰實驗室OspF效應(yīng)分子新發(fā)現(xiàn)
中國科學(xué)家最新發(fā)現(xiàn)假單胞桿菌效應(yīng)蛋白的致病機(jī)理
doi:10.1038/nature10690
PMC:
PMID:
Cysteine methylation disrupts ubiquitin-chain sensing in NF-κB activation
Li Zhang,1, 2 Xiaojun Ding,2 Jixin Cui,2 Hao Xu,2 Jing Chen,2 Yi-Nan Gong,2 Liyan Hu,2 Yan Zhou,2 Jianning Ge,2 Qiuhe Lu,2 Liping Liu,2 She Chen2 & Feng Shao2
NF-κB is crucial for innate immune defence against microbial infection1, 2. Inhibition of NF-κB signalling has been observed with various bacterial infections3, 4. The NF-κB pathway critically requires multiple ubiquitin-chain signals of different natures5, 6. The question of whether ubiquitin-chain signalling and its specificity in NF-κB activation are regulated during infection, and how this regulation takes place, has not been explored. Here we show that human TAB2 and TAB3, ubiquitin-chain sensory proteins involved in NF-κB signalling, are directly inactivated by enteropathogenic Escherichia coli NleE, a conserved bacterial type-III-secreted effector responsible for blocking host NF-κB signalling. NleE harboured an unprecedented S-adenosyl-l-methionine-dependent methyltransferase activity that specifically modified a zinc-coordinating cysteine in the Npl4 zinc finger (NZF) domains in TAB2 and TAB3. Cysteine-methylated TAB2-NZF and TAB3-NZF (truncated proteins only comprising the NZF domain) lost the zinc ion as well as the ubiquitin-chain binding activity. Ectopically expressed or type-III-secretion-system-delivered NleE methylated TAB2 and TAB3 in host cells and diminished their ubiquitin-chain binding activity. Replacement of the NZF domain of TAB3 with the NleE methylation-insensitive Npl4 NZF domain resulted in NleE-resistant NF-κB activation. Given the prevalence of zinc-finger motifs and activation of cysteine thiol by zinc binding, methylation of zinc-finger cysteine might regulate other eukaryotic pathways in addition to NF-κB signalling.
