通過所謂的三型分泌系統(tǒng)分泌毒力效應蛋白分子進入真核宿主體內,，進而阻斷或調節(jié)宿主免疫相關的信號通路是許多革藍氏陰性病原菌普遍采用的致病機制,。鑒定這些毒力效應蛋白的生物化學功能和相關結構基礎對于我們認識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的信號轉導機制的進一步理解,。蛋白的泛素化是真核宿主細胞中特有的蛋白質翻譯后修飾和生物化學調節(jié)方式,，在真核細胞的各種正常生理過程中普遍發(fā)揮重要作用,。蛋白泛素化修飾是由泛素激活酶,、泛素結合酶和泛素連接酶這三種酶催化完成的三步級聯(lián)酶學過程,。
在這篇文章中，作者首先發(fā)現(xiàn)來源于志賀氏痢疾桿菌(Shigella flexneri)的一類被稱為IpaH的三型分泌系統(tǒng)效應蛋白分子具有非常獨特的泛素連接酶活性,。生物化學實驗證據表明IpaH選擇性地利用宿主中一類特殊的泛素結合酶,，其泛素鏈的連接方式很可能導致宿主靶蛋白的降解，進而在痢疾桿菌對宿主的免疫抑制中起重要作用,。作者進一步通過解析IpaH蛋白的三維結構,，發(fā)現(xiàn)IpaH的一個結構域和引起鼠疫的耶爾氏菌(Yersinia pestis)中得YopM效應蛋白結構非常類似，這個結構域很可能用來特異性地識別宿主中的靶蛋白,。IpaH的另外一個結構域具有非常強的泛素連接酶活性,，結構比較發(fā)現(xiàn)IpaH的泛素連接酶結構和已知的真核宿主細胞中的兩類泛素連接酶(RING型和HECT型泛素連接酶)的結構完全不同,，是一種全新的折疊方式,。 序列同源搜索發(fā)現(xiàn)，IpaH 的同源蛋白廣泛存在于包括沙門氏菌(Salmonella)和假單胞菌(Pseudomonas)在內的許多其它致病菌中， 生化實驗也證明這些同源蛋白確實具有相似的泛素連接酶活性,。進一步基于結構的深入研究發(fā)現(xiàn)了一個重要的保守CXD結構模塊對IpaH型的泛素連接酶活性至關重要,。CXD中的半胱氨酸殘基(C)作為親核基團催化泛素的轉移。 有趣的是, CXD中的天冬氨酸殘基(D)的單點突變就能使IpaH完全失去泛素連接酶的活性,，但同時卻具有了很強的硫酯鍵水解酶活性,。這種現(xiàn)象從未在已知的泛素連接酶中發(fā)現(xiàn)。作者推測這很可能揭示了IpaH型的泛素連接酶在進化上起源于細菌中的某種硫酯鍵水解酶,。
這篇文章不僅僅揭示了一類全新的廣泛存在于許多致病菌的泛素連接酶,，由于這類泛素連接酶具有完全不同于宿主中泛素連接酶的結構和作用機理，這也打破了普遍流行的認為致病菌毒力效應蛋白往往在分子水平模擬了宿主功能的假說,。同時,，由于IpaH型的泛素連接酶不存在于宿主體內，這項研究也為設計具有廣譜性的抗感染小分子藥物提供一種可能性和理論基礎,。 同時這項研究工作的發(fā)現(xiàn)也進一步拓寬了人們對致病菌和蛋白質泛素化這兩個重要領域的認識,。
朱永群博士和李洪濤博士為本文共同第一作者；其他參與此項工作的還有,，胡麗燕（技術員）,，王嘉懿（輪轉學生），周艷（研究生）,，龐志敏（輪轉學生）,，柳麗萍（技術員）；邵峰博士為本文通訊作者,。
此項研究為科技部863和北京市科委資助課題,，完全在北京生命科學研究所完成。（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原始出處：
Nature Structural & Molecular Biology (09 Nov 2008), doi: 10.1038/nsmb.1517
Structure of a Shigella effector reveals a new class of ubiquitin ligases
Yongqun Zhu1,3, Hongtao Li1,2,3, Liyan Hu1, Jiayi Wang1, Yan Zhou1, Zhimin Pang1, Liping Liu1 & Feng Shao1
Abstract
Bacterial pathogens have evolved effector proteins with ubiquitin E3 ligase activities through structural mimicking. Here we report the crystal structure of the Shigella flexneri type III effector IpaH3, a member of the leucine-rich repeat (LRR)-containing bacterial E3 family. The LRR domain is structurally similar to Yersinia pestis YopM and potentially binds to substrates. The structure of the C-terminal E3 domain differs from the typical RING- and HECT-type E3s. IpaH3 synthesizes a Lys48-linked ubiquitin chain, and the reaction requires noncovalent binding between ubiquitin and a specific E2, UbcH5. Free ubiquitin serves as an acceptor for IpaH3-catalyzed ubiquitin transfer. Cys363 within a conserved CXD motif acts as a nucleophile to catalyze ubiquitin transfer through a transthiolation reaction. The D365N mutant is devoid of E3 activities but turns into a potent ubiquitin-E2 thioesterase. Our analysis establishes a structurally and mechanistically distinct class of ubiquitin ligases found exclusively in pathogenic or symbiotic bacteria.
National Institute of Biological Sciences, 7# Science Park Road, Zhongguancun Life Science Park, Beijing, 102206, China.
College of Biotechnology & Food Science, Tianjin University of Commerce, Jinba Road (East entrance), Beichen District, Tianjin, 300134, China.
These authors contributed equally to this work.
