朱永群实验室在PNAS上在线发文揭示病原菌四型b亚型分泌系统接头蛋 白调节毒性效应因子分泌的分子机制

文章出处: 细胞信号网络协同创新中心 作者: 发布时间: 2017-12-06 访问次数: 27

    2017年12月4日,中心成员浙江大学生命科学研究院朱永群实验室在PNAS上在线发表题为“Structural insightsinto the roles of the IcmS–IcmW complex in the type IVbsecretion system of Legionellapneumophila”的研究论文,发现并揭示了嗜肺军团菌四型b亚型(IVb型)分泌系统的接头蛋白复合物IcmS-IcmW调节毒性效应因子分泌的双功能作用及分子机制。

    IVb型分泌系统广泛存在于人类病原菌嗜肺军团菌、伯氏考克斯菌等中,在感染宿主细胞时分泌大量的毒性效应因子,例如嗜肺军团菌分泌大约300个效应因子到宿主细胞中,以调节宿主信号通路,促进肺军团菌的侵染和生存。IcmS和IcmW是嗜肺军团菌中两个酸性蛋白,它们在含有IVb型分泌系统的病原菌中高度保守。它们常被称为接头蛋白,能与三型分泌系统的效应因子分子伴侣一样,结合毒性效应因子,调节效应因子的分泌。IcmS和IcmW还能和IVb型分泌系统的耦联复合物中的DotL蛋白相互作用。然而,自从被发现至今十多年以来,IcmS和IcmW是如何识别效应因子底物的以及它们与DotL的相互作用到底发挥什么样的功能完全不清楚。

    这项研究综合运用生化、微生物学、结构生物学、化学生物学等技术手段,发现IcmS和IcmW在细菌的细胞质中形成1:1的异源二聚体复合物,利用疏水表面去结合IcmS-IcmW依赖型的效应因子底物,使效应因子处于非折叠构象,以促进效应因子的分泌。结构研究显示,IcmS和IcmW具有全新的结构折叠模式,与已知结构的蛋白以及所有分子伴侣都没有任何结构相似性。IcmS具有一个球形的αβ结构,而IcmW是个松散性的全α-螺旋结构。IcmS结合到IcmW末端伸出的两个α-螺旋上,以维持IcmW的结构稳定性。有意思的是,IcmS-IcmW二聚体利用结合效应因子的同一疏水表面去结合DotL,将DotL无规则的C端区域维持在一个“L”形构象,对DotL进行保护,防止被蛋白水解酶ClpP降解。不仅如此,IcmS-IcmW还募集另外一个蛋白LvgA到细菌的内膜上,与DotL形成高度稳定的复合物,从而组装一个全新的耦联复合物装置。该装置不能结合IcmS-IcmW依赖型的效应因子底物,但能识别和转运其它IcmS-IcmW非依赖型效应因子底物,说明接头蛋白IcmS-IcmW复合物在IVb型分泌系统发挥了双功能的角色:一方面,如分子伴侣一样,在细胞质中结合效应因子底物,维持底物的非折叠构象,促进效应因子的分泌;另一方面,在细胞内膜上作为固定组成成份募集结构蛋白,组装全新的耦联复合物装置,转运其他效应因子。这项研究首次揭示接头蛋白在分泌系统中的双功能作用特点,对深入认识病原菌IVb型分泌系统的作用机理具有重要意义。

    朱永群实验室的许建坡博士(已毕业)和博士生徐丹丹为本文的共同第一作者,朱永群教授为本文的通讯作者,实验室助理研究员周艳博士为本文的共同通讯作者。

图:接头蛋白复合物IcmS-IcmW 在VIb 型分泌系统的双功能作用及其调节效应因子分泌的分子机制模式图