病原菌泛素化修饰新机制获阐释

 
 
病原菌泛素化修饰新机制获阐释  
 

2020年6月2日，《自然—通讯》（Nature Communications）在线颁发了中科院生物物理研究所高璞课题组的最新研究成就。该事情理会了来历于高致病性嗜肺军团菌（Legionella pneumophila）的新型泛素化酶MavC与底物卵白UBE2N及泛素分子的复合物布局，并同时理会了MavC及其同源卵白MvcA与负调控因子Lpg2149的两种复合物布局。团结大量生化和细胞尝试，阐发了这种新型泛素化修饰系统催化和调控的分子机制。

卵白质泛素化修饰是真核细胞最重要的翻译后修饰之一。经典的泛素化修饰需要通过E1-E2-E3三酶级联回响来催化完成，而近期判断的两类L. pneumophila效应卵白（SidE和MavC）却可以通过不依赖E1-E2-E3的全新方法催化宿主卵白的泛素化修饰（图1）。

高璞课题组曾于2018年在《细胞》报道了SidE家属卵白催化回响的布局和分子机制，而最新这项事情则主要是环绕MavC家属卵白展开研究。

图1：病原菌编码的两种新型泛素化修饰系统

MavC地址基因组簇可编码三种效应卵白：Lpg2147（MavC），Lpg2148（MavC paralog A或MvcA）和Lpg2149。MavC和MvcA均可以催化泛素分子的脱氨回响（Ub-Q40转变为Ub-E40），而Lpg2149则可以抑制这两种脱氨酶的活性。近期的研究表白，MavC还可以特异性泛素化修饰宿主卵白UBE2N，进而抑制UBE2N的正常E2成果，从而抑制NF-κB通路的活化。有趣的是，尽量MvcA与MavC很是雷同，但MvcA却不能催化UBE2N泛素化。研究人员操作MavC催化制备了泛素化修饰的UBE2N（UBE2N~Ub），并理会了MavC与UBE2N~Ub复合物的晶体布局（图2）。该布局直接展现了MavC与UBE2N以及Ub的互作界面，并表白MavC操作同一个活性中心催化脱氨回响及泛素化回响。

MvcA与MavC的序列和布局较量表白，MvcA的Insertion布局域中并不守旧存在可以或许与UBE2N团结的要害氨基酸，这也表明白为何MvcA不能不变团结游离状态的UBE2N，以及为何不能催化UBE2N的泛素化修饰。这些基于布局所得的结论，也进一步通过生化和细胞尝试得到了验证。

图2：MavC+UBE2N~Ub的复合物布局

出乎料想的是，MavC和MvcA还具备去泛素化酶的活性，可以特异性去除MavC介导的UBE2N泛素化修饰。由于MvcA比MavC的去泛素化活性更强，因而在实际传染中MavC和MvcA很大概别离发挥泛素化酶和去泛素化酶的成果。这一发明表白MavC可以操作同一个活性口袋来催化脱氨、泛素化以及去泛素化三种酶学回响。

研究人员进一步理会了MavC+Lpg2149复合物和MvcA+Lpg2149复合物的晶体布局（图3）。与游离状态下的晶体布局泛起细密二聚体差异，Lpg2149以单体形式与MavC或MvcA彼此浸染。由于Lpg2149和Ub占据相似的团结位置，说明Lpg2149可以直接滋扰Ub与MavC/MvcA的彼此浸染。成果尝试表白，Lpg2149确实可以同时抑制脱氨、泛素化及去泛素化。有意思的是，游离状态的MavC自己就具备Lpg2149的团结构象，而MvcA则需要产生较大的构象变革来实现与Lpg2149的团结。进一步的团结尝试表白，MavC-Lpg2149的亲和力比MvcA-Lpg2149强约50倍，这与布局阐明是一致的。

图3：MavC+Lpg2149和MvcA+Lpg2149的晶体布局

本研究较为完整地阐发了Mavc介导的新型泛素化修饰的催化和调控机制，既有助于领略病原与宿主彼此博弈的多样性机制，也可为新型抗细菌疗法的设计提供思路。