北生所，浙江大学发Cell文章

　　生物通报道：来自北京生命科学研究所，浙江大学的研究人员发表了题为“Structurally Distinct Bacterial TBC-like GAPs Link Arf GTPase to Rab1 Inactivation to Counteract Host Defenses”的文章，揭示出了一种针对细胞囊泡运输关键因子：Rab GTPases的病原菌作用机制，这将有助于理解感染和致病的分子机理，相关成果公布在Cell杂志上。

文章的通讯作者是北京生命科学研究所邵峰研究员，以及浙江大学朱永群教授，相关内容可见专访邵峰：着眼于感兴趣，但机理完全不清楚的研究。

Rab家族是Ras超家族的成员，也称为Rab GTPase。在人类基因组中有至少60个Rab基因，并且从酵母到人类，许多Rab GTPases都是保守性的。不同的Rab GTPases定位于特殊细胞内膜的胞质面，能作为膜运输途径中不同步骤的调控因子。由于这些作用因子是以GTP结合的形式存在，因此可以召集特定的效应蛋白聚集在膜上，这样Rab GTPases就嫩调控囊泡的形成，肌动蛋白和微管蛋白相关囊泡的运输和膜融合。

对于病原体来说，Rab GTPases也是液泡生活（vacuole-living）的细菌病原体一个常见的攻击目标。在这篇文章中，研究人员发现细菌的相关效应因子，包括非液泡性福氏志贺氏菌中的VirAl，以及细胞外致病性大肠杆菌EPEC的EspG，能通过环绕TBC样双指结构域，表现出强RabGAP活性。

研究人员发现由VirA/EspG引发的Rab1的特异性失活，会导致内质网向高尔基体转运出现问题，福氏志贺氏菌在宿主细胞内的生存也需要VirginiaA TBC样 GAP活性，这能帮助细菌逃脱自噬细胞介导的宿主防御攻势。而由EspG引发的Rab1失活还会严重阻碍宿主的分泌途径，从而导致分泌细胞无法分泌白细胞介素8。

除此之外，研究人员还分析了VirA/EspG-Rab1-GDP 氟化铝复合物的晶体结构，从而揭示出TBC样对精氨酸和谷氨酰胺手指残基的催化作用，并提出了一种不同于TBC结构域的3D框架。

ARF6-EspG-RAB1三元复合物的结构也指出这是一种致病信号复合物，能够连通宿主Arf信号到Rab1失活。VirA/ EspG结构上的差异也进一步指出了一种可能，即在对抗不同的宿主防御时，TBC样 RabGAP效应因子广泛存在。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Structurally Distinct Bacterial TBC-like GAPs Link Arf GTPase to Rab1 Inactivation to Counteract Host Defenses

Rab GTPases are frequent targets of vacuole-living bacterial pathogens for appropriate trafficking of the vacuole. Here we discover that bacterial effectors including VirA from nonvacuole Shigella flexneri and EspG from extracellular Enteropathogenic Escherichia coli (EPEC) harbor TBC-like dual-finger motifs and exhibits potent RabGAP activities. Specific inactivation of Rab1 by VirA/EspG disrupts ER-to-Golgi trafficking. S. flexneri intracellular persistence requires VirA TBC-like GAP activity that mediates bacterial escape from autophagy-mediated host defense. Rab1 inactivation by EspG severely blocks host secretory pathway, resulting in inhibited interleukin-8 secretion from infected cells. Crystal structures of VirA/EspG-Rab1-GDP-aluminum fluoride complexes highlight TBC-like catalytic role for the arginine and glutamine finger residues and reveal a 3D architecture distinct from that of the TBC domain. Structure of Arf6-EspG-Rab1 ternary complex illustrates a pathogenic signaling complex that rewires host Arf signaling to Rab1 inactivation. Structural distinctions of VirA/EspG further predict a possible extensive presence of TBC-like RabGAP effectors in counteracting various host defenses.

作者简介：

邵峰 博士

北京生命科学研究所高级研究员

教育经历
1996年
北京大学技术物理系应用化学专业学士
1999年
中国科学院生物物理所分子生物学硕士
2003年
美国密西根大学医学院生物化学博士

工作经历
2009-present
北京生命科学研究所高级研究员
2005-2009年
北京生命科学研究所研究员
2004-2005年
哈佛大学医学院博士后
2003-2004年
美国加洲大学圣地亚哥分校医学院博士后

研究概述
我们实验室的研究兴趣集中在病原细菌感染宿主和宿主先天性免疫防御的分子机制。对于细菌感染来说，通过特殊的分泌系统向宿主细胞中注入毒素效应蛋白是病原细菌普遍采用的重要致病机制。这些效应蛋白往往以非常有效的方式作用于宿主信号转导中的关键分子，使其发生功能紊乱。效应蛋白的作用有利于细菌在宿主中的生存和进一步感染。我们的研究以多种临床上常见的病原菌（Shigella, Salmonella, Enteropathogenic E. coli, Legionella 以及Burkholderia）为模式，着眼于发现并揭示效应蛋白在抑制真核细胞重要信号转导通路中的一些新的、较为普遍的生物化学机制。实验室最近的研究工作在这方面取得了一系列的突破和发现。1) 来源于Shigella，Salmonella和植物假单胞杆菌的OspF家族三型分泌系统效应蛋白通过一种崭新的磷酸化苏氨酸裂合酶的活性，特异性地、不可逆地“去磷酸化”宿主MAPK激酶并使其失活,从而抑制宿主细胞因子的表达。2) Legionella的四型分泌系统效应蛋白LegK1能模拟宿主中的IKK激酶而磷酸化IκBa蛋白，并诱导其被泛素化和降解，进而激活NF-κB通路并对巨噬细胞凋亡产生抑制作用。3) 三型分泌系统效应蛋白CHBP（Burkholderia）和Cif（Enteropathogenic E. coli）特异性地修饰（脱氨）泛素和泛素样蛋白NEDD8中Gln-40。这种修饰能有效地阻断宿主泛素-蛋白酶体通路并导致诸如细胞周期等重要细胞生理过程发生功能紊乱。

我们认为，这些研究不仅对理解感染和致病的分子机理有极大的促进作用，更为重要的是，由于病原细菌和宿主(人类)长期共同进化，其分泌的毒素效应蛋白也为我们研究真核细胞本身的信号转导机制提供了独特的、前所未有的视角和研究工具。同时，我们也对宿主巨噬细胞如何通过其先天性免疫系统来拮抗病原微生物感染的机制感兴趣。在受到感染后，巨噬细胞能感受到多种来自病原菌或其它病原微生物的一些模式分子，从而激活一类被称为炎症小体的蛋白复合物，同时发生炎症性细胞坏死和分泌白介素1b。炎症小体利用一类叫作NOD-like的受体分子感受来自病原菌的信号，但除此之外人们对炎症小体的组装和其上游的信号转导机制了解甚少。我们将结合生物化学、细胞生物学以及小鼠遗传学等多种手段来研究和阐明炎症小体被激活的生化机制。


朱永群 博士

浙江大学生命科学研究院教授、研究员、博士生导师

教育和工作背景
2012年-至今 浙江大学生命科学研究院教授，研究员，博士生导师
2010年-2012年 美国斯隆-凯特琳癌症研究中心/霍华德-休斯医学研究所 博士后
2007年-2010年 北京生命科学研究所 博士后
2002年-2007年 中国科学院生物物理研究所 生物化学与分子生物学 博士
1998年-2002年 南开大学 生物物理学 学士

学术奖项与活动
2007年 中国科学院优秀博士毕业生
2007年 中国科学院研究生院三好学生
2006年 中国科学院院长优秀奖学金
2006年 中国科学院研究生“三好”标兵
2006年 中国科学院研究生院三好学生
2006年 中国科学院生物物理所年度所长学金
2004年 中国科学院生物物理所年度优秀研究生奖学金
2002年 中国科学院研究生院优秀入学新生一等奖学金

研究方向：

我们研究组以结构生物学为主要研究手段，并结合生物化学、细胞生物学等实验方法，研究致病菌与宿主细胞相互作用以及基因组稳定性维持的分子机制。我们以革兰氏阴性致病菌如痢疾杆菌、致病性大肠杆菌和军团菌等为主要研究对象，革兰氏阴性致病菌通过特殊的分泌系统将毒性蛋白（又称效应蛋白）分泌到人宿主细胞中，分泌的效应蛋白作用于宿主细胞内特异的关键分子，从而调节宿主细胞的信号通路，从而达到有利于致病菌的侵染与繁殖的目的。因此，效应蛋白在致病菌致病过程中扮演着关键的角色。对效应蛋白及其作用机制进行深入的研究，将会促进人们对病原菌致病机理的了解，并且有可能为治疗相关传染疾病提供线索。另一个方面，我们也对细胞如何维持基因组稳定性、以及由基因组不稳定性诱发的人类癌症发生的分子机制感兴趣。当基因组DNA遭受由环境和化学因素引发的损伤时，细胞将启动DNA损伤反应机制，激活DNA damage checkpoint信号通路，停止细胞分裂，以及解开核小体的结构和募集下游DNA修复蛋白，对损伤的DNA进行识别与修复。DNA损伤反应机制的任何功能缺陷将会引起基因组的不稳定性，从而导致癌症的发生。我们将研究DNA损伤与修复过程中核小体的变化过程以及DNA修复蛋白识别和修复损伤的DNA的分子机制，这将帮助我们找到相关癌症发生的原因。我们期望通过我们的研究能够促进人们对威胁人类健康的两大威胁-传染性疾病与癌症的认识，并为相关的临床治疗提供宝贵的知识积累。