北大年轻教授最新PNAS：解析肠道病原微生物新机制

北京大学，北京分子科学国家实验室等处的研究人员发表文章，利用新开发的比较蛋白质组学技术：CAPP-DIGE，揭示了细菌抗酸伴侣蛋白的独特底物。

　　生物通报道：北京大学，北京分子科学国家实验室等处的研究人员发表了题为“Comparative proteomics reveal distinct chaperone–client interactions in supporting bacterial acid resistance”的文章，利用新开发的比较蛋白质组学技术：CAPP-DIGE，揭示了细菌抗酸伴侣蛋白的独特底物。

这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上，领导这一研究的是北京大学化学与分子工程学院陈鹏教授，陈教授早年毕业于北京大学，后赴美国芝加哥大学化学系深造，导师为生物有机化学家何川教授。2009年归国，任北京大学化学学院“****”研究员，2015年《人民日报》以“海外学成毅然回国，5年时间成长为北京大学最年轻的教授之一，北京大学化学生物学系教授——我们这一代的爱国表达”为题，对陈鹏教授的事迹进行了报道。

肠道病原微生物独特的抗酸机制使得它们能够顺利通过人体胃液的强酸环境，进而在肠道造成感染甚至导致人体死亡。HdeA和HdeB是目前在这些病原微生物膜间质内发现的唯一一套抗酸伴侣系统，在许多肠道菌中高度保守。因此，研究它们抵御强酸环境的机制有助于我们更好地理解这些致病菌与宿主之间的作用关系。另外，HdeA 和HdeB是典型的“条件无序”分子伴侣蛋白，利用无序结构与多种不同的底物蛋白质相互作用以发挥功能，对它们的研究也能帮助我们更好的理解蛋白质无序结构与功能之间的关系。

陈教授课题组一直致力于抗酸伴侣蛋白底物的捕捉与研究。2011年，他们与北京大学生命科学院昌增益课题组合作，开发了一种遗传编码的蛋白质光交联探针DiZPK，并以大肠杆菌为模型，成功地捕获并鉴定了HdeA的底物蛋白，揭示了细菌在抵御酸胁迫过程中独特的分子伴侣协作机制。

在最新这项研究中，研究人员为进一步揭示HdeA和HdeB这两个看似冗余的分子伴侣如何相互合作，以及在保护大量不同底物蛋白的同时避免非特异性结合的机制，他们将新一代的可切割型光交联探针DiZSeK与荧光差异双向凝胶电泳（2D-DIGE）相结合，发展了一种名为CAPP-DIGE的“比较蛋白质组学”的策略，实现了HdeA与HdeB整个底物蛋白组的直接比较和鉴定。

研究结果表明，HdeA与HdeB在活细胞条件下对底物蛋白表现出明显的差异。研究人员进一步发现，这种差异性来源于二者对酸刺激的不同响应，使得HdeA和HdeB分别保护了对酸刺激耐受性不同的底物蛋白组。在酸回复过程中，他们发现底物在被分子伴侣释放时也是受pH调控的，且这种pH 调控的底物释放过程保证了底物在酸回复过程中的有效重折叠。

由此研究人员提出了细菌抵御酸胁迫过程中pH 对分子伴侣底物特异性的调控机制，即pH通过系统性地调控HdeA 、HdeB以及底物蛋白的折叠状态和功能，让分子伴侣蛋白在不同条件下逐步激活、协同分工保护不同的客户蛋白，同时保证了底物蛋白在被释放后有效地进行重折叠。

这一模型为细菌抵抗酸刺激提供了一种高效、经济、灵活和协调的蛋白质质量控制策略。这一调控机制很可能也适用于其他的条件无序分子伴侣系统，而这一新开发的CAPP-DIGE技术对于利用蛋白质组学鉴定和比较动态条件下的蛋白-蛋白相互作用及其变化都有着广阔的应用前景。　

作者简介：

陈鹏，北京大学化学与分子工程学院化学生物学系教授，博士生导师，化学生物学系主任。

出生于上世纪70年代末期，1998年被保送至北京大学化学与分子工程学院。本科毕业后赴美国芝加哥大学化学系深造，导师为生物有机化学家何川教授，2003年取得理学硕士学位，2007年获得理学博士学位。2007至2009年在美国Scripps研究所和诺华制药圣地亚哥研发中心从事博士后工作，导师为Peter Schultz。

2009年归国，任北京大学化学学院“****”研究员，2011年入选北大－清华生命科学联合中心PI，2014年8月晋升新体制教授（Full Professor with Tenure）。

研究方向
研究兴趣主要集中在化学与生物学的前沿交叉领域，试图通过化学家的知识与手段，为生命科学的探索提供一系列崭新的工具和研究方式。具体研究方向如下：

1、蛋白质工程，蛋白质特异标记，蛋白质药物化学；

2、临床感染性病菌与人体免疫系统相互作用的机理研究；


3、面向生物活体内的化学反应与技术；


4、基于蛋白质的金属离子及有机小分子生物传感器的开发与应用。

原文摘要：

Comparative proteomics reveal distinct chaperone–client interactions in supporting bacterial acid resistance

HdeA and HdeB constitute the essential chaperone system that functions in the unique periplasmic space of Gram-negative enteric bacteria to confer acid resistance. How this two-chaperone machinery cooperates to protect a broad range of client proteins from acid denaturation while avoiding nonspecific binding during bacterial passage through the highly acidic human stomach remains unclear. We have developed a comparative proteomic strategy that combines the genetically encoded releasable protein photocross-linker with 2D difference gel electrophoresis, which allows an unbiased side-by-side comparison of the entire client pools from these two acid-activated chaperones in Escherichia coli. Our results reveal distinct client specificities between HdeA and HdeB in vivo that are determined mainly by their different responses to pH stimulus. The intracellular acidity serves as an environmental cue to determine the folding status of both chaperones and their clients, enabling specific chaperone–client binding and release under defined pH conditions. This cooperative and synergistic mode of action provides an efficient, economical, flexible, and finely tuned protein quality control strategy for coping with acid stress.