李雪明研究組在Nature Microbiology雜志發(fā)表論文 揭示細(xì)菌II型分泌系Pilotin-Secretin復(fù)合物的組裝機(jī)制
2018年4月9日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李雪明課題組在《自然&微生物》(Nature Microbiology)雜志在線發(fā)表題為《腸毒性大腸桿菌中二型分泌系統(tǒng)定位蛋白與分泌通道蛋白復(fù)合體組裝機(jī)制的結(jié)構(gòu)觀察》（Structural insight into the assembly of the type II secretion system pilotin–secretin complex from enterotoxigenic Escherichia coli）的研究論文，該工作通過冷凍電鏡的研究手段首次揭示了細(xì)菌二型分泌系統(tǒng)中外膜定位蛋白和分泌通道蛋白復(fù)合物(Pilotin-Secretin，AspS-GspD)的近原子分辨率結(jié)構(gòu)，結(jié)合相應(yīng)的生化實(shí)驗(yàn)，闡述了該蛋白復(fù)合物的組裝機(jī)理。
革蘭氏陰性菌通過一系列不同類型的分泌系統(tǒng)向胞外或者其他細(xì)胞分泌各種底物，包括離子，小分子（如抗生素），大分子物質(zhì)（如毒性蛋白，DNA）等，這些分泌出的底物大多都與人類健康息息相關(guān)。其中的二型分泌系統(tǒng)（T2SS）分泌的底物主要是折疊好的成熟蛋白質(zhì)，通常是與疾病直接相關(guān)的毒性因子或效應(yīng)蛋白，其中比較熟知的有霍亂毒素、腸毒素，以及外毒素A。李雪明課題組在2017年1月率先解析了細(xì)菌二型分泌系統(tǒng)外膜分泌通道蛋白復(fù)合物（Secretin GspD）的原子分辨率結(jié)構(gòu)以及通道的半開放狀態(tài)結(jié)構(gòu)，結(jié)合相應(yīng)的生化實(shí)驗(yàn)，闡述了底物通過二型分泌系統(tǒng)外膜分泌通道蛋白GspD的分泌機(jī)理。分泌通道蛋白GspD 作為細(xì)菌外膜蛋白，需要一種稱為定位蛋白（Pilotin）的脂蛋白幫助其定位到外膜上，但由于GspD 結(jié)合定位蛋白的區(qū)域十分不保守，導(dǎo)致定位蛋白在物種中也很不保守，很多類似分泌通道（Secretin） 的定位蛋白是哪個(gè)至今仍不清楚。二型分泌系統(tǒng)全長(zhǎng)定位蛋白-分泌通道蛋白（pilotin–secretin）復(fù)合物的結(jié)構(gòu)至今未獲得，組裝方式和定位機(jī)理仍不清楚。
該工作首先通過熒光共定位實(shí)驗(yàn)，吸附洗脫實(shí)驗(yàn)以及冷凍電鏡二維平均的方法證明了腸毒性大腸桿菌的YghG蛋白是GspD的定位蛋白（簡(jiǎn)稱為AspS), 并且證明了定位蛋白與分泌通道蛋白能在體內(nèi)形成穩(wěn)定的復(fù)合物。通過單顆粒重構(gòu)的方法解析了大腸桿菌來源的全長(zhǎng)定位蛋白-分泌通道蛋白復(fù)合物3.2 ？分辨率的分子結(jié)構(gòu)，揭示了該復(fù)合物中的兩種蛋白AspS和GspD具有15:15的組裝比例，與課題組之前報(bào)道的分泌通道蛋白十五重對(duì)稱結(jié)構(gòu)相吻合。有意思的是每一個(gè)定位蛋白AspS 都與兩個(gè)相鄰的分泌通道蛋白GspD 相互作用，這種相互作用包括一類強(qiáng)相互作用，和一類新發(fā)現(xiàn)的弱相互作用。通過參與強(qiáng)相互作用的一個(gè)基因保守的苯丙氨酸單突變，發(fā)現(xiàn)該苯丙氨酸對(duì)定位蛋白-分泌通道蛋白復(fù)合物的組裝十分關(guān)鍵。
定位蛋白-分泌通道蛋白 (AspS-GspD)復(fù)合物冷凍電鏡結(jié)構(gòu)
清華大學(xué)生命學(xué)院李雪明研究員為本工作的通訊作者。清華大學(xué)PTN項(xiàng)目四年級(jí)博士生尹孟和生命學(xué)院四年級(jí)直博生嚴(yán)照峰為本文共同第一作者。該工作的冷凍電鏡數(shù)據(jù)采集在國家蛋白質(zhì)科學(xué)設(shè)施（北京）的清華大學(xué)冷凍電鏡平臺(tái)完成，數(shù)據(jù)處理在國家蛋白質(zhì)科學(xué)設(shè)施（北京）清華大學(xué)高性能計(jì)算平臺(tái)完成。該工作獲得了生命科學(xué)聯(lián)合中心、北京市結(jié)構(gòu)生物學(xué)高精尖創(chuàng)新中心、國家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目和科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41564-018-0148-0
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