中國(guó)科大陶余勇/李旭團(tuán)隊(duì)在金黃色葡萄球菌胞內(nèi)-胞外信息傳遞機(jī)制研究方面取得突破
2020年11月16日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、生命科學(xué)學(xué)院陶余勇教授、李旭副教授團(tuán)隊(duì)在美國(guó)科學(xué)院院刊《PNAS》在線發(fā)表題為“Interface switch mediates signal transmission in a two-component system”的研究論文，綜合運(yùn)用生物化學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究手段，揭示了胞外G6P信號(hào)通過金黃色葡萄球菌HptRSA傳感器復(fù)合物實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)-胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)機(jī)制。
為了適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，細(xì)菌必須迅速地將細(xì)胞外信息轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)募?xì)胞內(nèi)部反應(yīng)。雙組分系統(tǒng)（TCS）是原核細(xì)胞將環(huán)境刺激轉(zhuǎn)化為細(xì)胞反應(yīng)的主要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，它通常由膜包埋組氨酸激酶和胞質(zhì)反應(yīng)調(diào)節(jié)器組成。HptRSA是一種新近發(fā)現(xiàn)的TCS，由G6P相關(guān)傳感器蛋白（HptA）、跨膜組氨酸激酶（HptS）和細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)器（HptR）組成。HptRSA介導(dǎo)葡萄糖-6-磷酸（G6P）攝取，支持金黃色葡萄球菌在不同宿主細(xì)胞內(nèi)的生長(zhǎng)和增殖，但HptRSA傳感器復(fù)合物感知G6P信號(hào)并觸發(fā)下游反應(yīng)的分子機(jī)制一直以來都還是個(gè)謎。
圖1：HptA-HptS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)結(jié)合G6P信號(hào)前后的結(jié)構(gòu)變化
陶余勇/李旭團(tuán)隊(duì)通過分別解析無底物狀態(tài)和G6P結(jié)合狀態(tài)的HptA結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)G6P可以結(jié)合于兩個(gè)HptA蛋白間的縫隙中，并能引起兩個(gè)HptA蛋白相互靠攏。HptA蛋白與HptS蛋白細(xì)胞周質(zhì)結(jié)構(gòu)域（HptSp）的復(fù)合物結(jié)構(gòu)顯示，HptA可以通過組成型界面以及另一個(gè)可切換界面與HptS進(jìn)行不同形式的相互作用：不結(jié)合G6P的時(shí)候，HptA和HptSp遠(yuǎn)離膜的一側(cè)結(jié)合，并導(dǎo)致兩個(gè)HptSp以相互平行的方式排列；當(dāng)HptA結(jié)合了G6P以后，HptA與HptSp的結(jié)合位點(diǎn)切換至靠近膜的一側(cè)，引發(fā)HptSp旋轉(zhuǎn)，并使兩個(gè)HptSp的C末端相互靠近，進(jìn)而引發(fā)胞外信號(hào)向胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)。在上述結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，陶余勇/李旭團(tuán)隊(duì)結(jié)合對(duì)HptA和HptS突變體的生化和生長(zhǎng)分析，提出了界面開關(guān)介導(dǎo)的G6P-HptRSA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制。上述研究結(jié)果為細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)感應(yīng)機(jī)制提供了重要線索，擴(kuò)展了學(xué)界對(duì)TCS傳遞外部信號(hào)的激活模式的理解。
圖2：HptA-HptS信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的可能激活機(jī)制
汪明星博士和郭瓊博士為該論文的第一作者，陶余勇教授、李旭副教授為論文通訊作者。該研究受國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、聯(lián)合基金項(xiàng)目和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助。
論文鏈接：https://www.pnas.org/content/early/2020/11/13/1912080117
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