863计划最新《细胞》子刊文章阐明免疫信号机理

　　

生物通综合：来自北京生命科学研究所，中科院生物物理研究所生物大分子实验室的研究人员报道了来源于多种三型分泌系统致病病原菌的一个具有新的磷酸化苏氨酸合酶（MAPK Phosphothreonine Lyase）效应分子家族的底物复合物结构、底物识别和酶学催化机制以及可能的小分子药物设计路线。这一研究成果公布在《Molecular Cell》在线版上。

领导这一研究的是北京生命科学研究所的邵峰博士，其实验室研究兴趣主要在于研究细菌病原体和宿主细胞相互作用过程中的生物化学机制，研究目标是希望能够发现病原体在抑制真核宿主细胞免疫信号系统中一些新的作用方式，以帮助我们理解相关病原菌的致病机理。参与这一研究的还有朱永群（生物物理所联合培养博士生）、李洪涛博士和龙承祖（技术员）（共同第一作者）；胡丽燕（技术员）、徐浩（技术员）、柳丽萍（技术员）；陈涉（蛋白质组中心）和王大成研究员（生物物理所）为文章共同通讯作者。这一研究受到了科技部863和北京市科委资助课题的资助。

邵峰博士表示：“我们的发现不仅从原子水平阐明了这种在动植物界高度保守的致病病原菌拮抗真核宿主细胞免疫信号通路的机理，为设计抗感染小分子药物提供了依据和可能性，但更为重要的是， 我们的研究结果还揭示了一种意想不到的全新的酶学催化机制，丰富了人们对蛋白质酶学的认识。

通过所谓的三型分泌系统分泌效应分子进入真核宿主体内，进而阻断或调节宿主免疫相关的信号通路是许多革蓝氏阴性病原菌普遍采用的致病机制。寻找这些效应分子在宿主细胞中的靶蛋白并阐明其作用于靶蛋白及相关信号通路的生物化学机理对于我们认识病原菌致病机理和建立有效防治手段有着重要的意义。同时，这也可能促进我们对真核细胞本身的信号转导机制的进一步理解。

在今年初的Science文章里，邵峰博士实验室发现了一类高度保守的、既存在于动物病原菌［包括导致痢疾的志贺氏痢疾杆菌（shigella）和沙门氏菌（Salmonella）］同时也存在于能够感染植物的假单胞杆菌（Pseudomonas syringae）中的三型分泌系统效应分子。通过对其中志贺氏痢疾杆菌来源的OspF效应分子的深入研究，他们发现OspF效应分子家族直接作用于并抑制真核宿主体内的MAPK激酶。这种抑制作用是通过一种全新的磷酸化苏氨酸裂合酶的活性实现对MAPK激酶不可逆地“去磷酸化”。

在这篇文章中，研究人员结合了结构生物学、生物化学和酶学等多种手段，首先阐明了磷酸化苏氨酸裂合酶对MAPK激酶底物的识别模拟了真核宿主细胞中通用的MAPK docking作用方式；通过对酶和底物的结构测定和分析，研究人员发现这类酶采取了一种前所未有的结构模式，但采取同样的方式特异性的识别底物的两个磷酸基团。这种识别依赖于底物的构象变化，从而揭示了其对不同MAPK激酶的活性差异并暗示p38 MAPK激酶应该是该病原菌效应分子在感染致病过程中的首选目标。进一步基于结构的酶学和生化分析发现并验证了该酶利用一个保守的赖氨酸作为催化碱来起始催化过程和另一个保守的组氨酸作为催化酸来稳定反应过渡态并参与实现磷酸基团的离去。

原文摘要：
Molecular Cell, Vol , Issue ,
Structural Insights into the Enzymatic Mechanism of the Pathogenic MAPK Phosphothreonine Lyase
『Abstract』

附：
邵峰博士

电话： [phone]
传真： [phone]
Room Number：B344
E-mail: [e-mail]


研究概述：

本实验室研究兴趣主要在于研究细菌病原体和宿主细胞相互作用过程中的生物化学机制，研究目标是希望能够发现病原体在抑制真核宿主细胞免疫信号系统中一些新的作用方式，以帮助我们理解相关病原菌的致病机理。实验室的一个研究方向是研究志贺氏痢疾杆菌是如何通过分泌各种效应分子进入真核宿主体内进而干扰宿主的免疫防御机制。从研究志贺氏痢疾杆菌致病的分子机制出发，实验室在最近的研究中发现并定义了一类广泛存在于多种细菌病原体(包括志贺氏痢疾杆菌)中新的磷酸化苏氨酸裂解酶。这种酶能够特异识别并不可逆地“去磷酸化”宿主的MAPK激酶。这种全新的酶学活性和共价修饰使得这些病原菌在感染后能够迅速和有效地抑制真核宿主的MAPK激酶介导的免疫信号通路。目前，实验室也在集中研究其它几个志贺氏痢疾杆菌效应分子的生化和生物学功能。实验室希望通过结合多种生物化学和细胞生物学的手段来研究并阐明这些效应分子是如何协同作用以及它们在志贺氏痢疾杆菌感染和致病过程中所扮演的角色。同时，本实验室对蛋白质泛素化及泛素降解通路在细胞周期，细胞增殖以及肿瘤形成过程的作用感兴趣。最近的研究结果表明一类含有BTB结构域的蛋白可能作为一种由CUL3组装的新的泛素E3连接酶复合物的特异性连接分子。目前的研究工作集中在验证这些新的BTB蛋白能够通过CUL3依赖性的泛素化通路调节细胞周期和细胞增殖并阐明其机制。后续的工作将进一步研究这些新的蛋白降解通路在某些肿瘤细胞增殖中所起的作用。


Publications:

1.
Li, H., Xu H., Zhou Y., Zhang J., Long C., Li S., Chen S., Zhou J. M., Shao, F. The phosphothreonine lyase activity of a bacterial type III effector family. Science. 2007; 315: 1000-1003.

2.
Alto N. M., Shao F., Lazar C. S., Brost R. L., Chua G., Mattoo S. M., McMahon S. A., Ghosh P., Hughes T. R., Boone C., Dixon J. E.. Identification of a bacterial type III effector family with G-protein mimicry functions. Cell. 2006; 124, 133-145.

3.
Zhu M., Shao F., Innes R.W., Dixon J. E., Xu Z.. The crystal structure of Pseudomonas avirulence protein AvrPphB: a papain-like fold with a distinct substrate-binding site. Proc. Natl. Acad. Sci.. 2004; 101: 302-307.

4.
Shao F., Golstein C., Ade J., Stoutemyer M., Dixon J. E., Innes R. W. Cleavage of Arabidopsis PBS1 by a bacterial type III effector. Science. 2003; 301: 1230-1233.

5.
Shao F., Vacratsis P. O., Bao Z., Bowers K. E., Fierke C. A., Dixon J. E.. Biochemical characterization of the Yersinia YopT protease: cleavage site and recognition elements in Rho GTPases. Proc. Natl. Acad. Sci.. 2003; 100: 904-909.

6.
Shao F., Merritt P. M., Bao Z., Innes R. W., Dixon J. E.. A Yersinia effector and a Pseudomonas avirulence protein define a family of cysteine proteases functioning in bacterial pathogenesis. Cell. 2002; 109: 575-588.

7.
Juris S. J., Shao F., Dixon J. E.. Yersinia effectors target mammalian signaling pathways. Cell Microbiol. 2002; 4: 201-11.

8.
Bian X., McAllister-Lucas L.M., Shao F., Schumacher K.R., Feng Z., Porter A.G., Castle V.P., Opipari A.W.Jr.. NF-kappa B activation mediates doxorubicin-induced cell death in N-type neuroblastoma cells. J. Biol. Chem.. 2001; 276: 48921-9.

9.
Shao F., Bader M.W., Jakob U., Bardwell J.C.. DsbG, a protein disulfide isomerase with chaperone activity. J. Biol. Chem.. 2000; 275:13349-52.

10.
Wang, C. G., He, X. L., Shao, F., Liu, W., Ling, M. H., Wang, D. C., Chi, C. W. (2001) Molecular characterization of an anti-epilepsy peptide from the scorpion Buthus martensi Karsch. Eur. J. Biochem., 268: 2480-5.

11.
Shao, F., Hu, Z., Xiong, Y. M., Huang, Q. Z., Wang, C. G., Zhu, R. H., Wang, D. C. (1999) A new antifungal peptide from the seeds of Phytolacca americana: characterization, amino acid sequence and cDNA cloning. Biochim. Biophys. Acta, 1430: 262-8.

12.
Shao, F., Xiong, Y. M., Zhu, R. H., Ling, M. H., Chi, C. W., Wang, D. C. (1999) Expression and purification of the BmK M1 neurotoxin from the scorpion Buthus martensii Karsch. Protein Expr. Purif., 17: 358-65