北京生科院等最新成果再登《自然》子刊

　　生物通报道：来自北京生命科学研究所（National Institute of Biological Sciences，NIBS），加州大学旧金山分校药理化学学系，山东大学微生物技术国家重点实验室（State Key Lab of Microbial Technology，生物通注），北京协和医科大等处的研究人员报道了一种新酶类家族中的成员：苏氨酸磷酸裂解酶SpvC（Salmonella SpvC）三种状态的晶体结构，并对此类酶家族的生化分析和酶学机制进行了描述。这一研究成果公布在《Nature Structural & Molecular Biology》杂志在线版上。

领导这一研究的是柴继杰博士，其实验室主要关注并研究在生物学及药学应用中的重要大分子的结构与功能，主要通过蛋白晶体衍射的方法及一些生物、生化方面的手段阐述这些生物大分子在结构和功能上的联系。

今年8月，柴继杰实验室在《Nature》杂志上在线发表题为 “The structural basis for activation of plant immunity by bacterial effector protein AvrPto” 的文章。这一文章报道了第一个细菌效应蛋白和植物中对应的抗性蛋白的复合物AvrPto-Pto的晶体结构，基于该结构和相关实验结果，提出了AvrPto通过解除Pto对防御响应的抑制引发疾病抗性的机制。

在这篇新发表的文章中，研究人员解析了SpvC在自由状态，模拟结合底物磷酸的硫酸根结合状态以及结合底物肽段的复合物状态的三种晶体结构。并在这些分析数据的基础上阐明了SpvC这类苏氨酸磷酸裂解酶的识别和酶的催化机制。文章的第一作者为陈琳洁（Linjie Chen）和王华翌（Huayi Wang）。

沙门氏菌的致病蛋白SpvC属于一种全新的被称为苏氨酸磷酸裂解酶的蛋白酶家族一员。苏氨酸磷酸裂解酶可以特异性的识别丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）激活位点的磷酸化苏氨酸和酪氨酸（pTXpY）序列，并不可逆的去除磷酸化苏氨酸的磷酸基团，使反应后的MAPK成为不可激活状态。SpvC的这种性质可以阻断宿主细胞免疫信号通过MAPK通路的传递，帮助沙门氏菌对宿主细胞的侵染。

为了阐明SpvC是如何特异性的识别并灭活宿主的MAPK蛋白，研究人员解析了SpvC在自由状态，模拟结合底物磷酸的硫酸根结合状态以及结合底物肽段的复合物状态的三种晶体结构。在分析并比较这三种结构的基础上，研究人员结合生化分析实验成功的阐明了SpvC这类苏氨酸磷酸裂解酶的识别和酶的催化机制。底物结合诱导了SpvC活性中心发生很大的构象变化，从而使底物肽段的磷酸化苏氨酸被包围在疏水环境中，使溶剂分子不能接触。这不仅有利于催化消除反应，同时也保证了SpvC的功能不是一般需要溶剂参与的磷酸酶的水解反应，即不能作为磷酸化酶。SpvC的底物特异性主要是通过识别磷酸化苏氨酸的磷酸基团和磷酸化酪氨酸的氨基酸残基而产生，从而解释了为什么这类酶可以作为MAKP一般抑制剂。苏氨酸的甲基对底物的识别具有重要作用，保证了这类酶对磷酸化苏氨酸底物具有更高的活性（与磷酸化丝氨酸相比）。同时，结合生化实验，研究人员提出了这类酶催化机制。SpvC的赖氨酸Lys136可能作为亲核基团，进攻磷酸化苏氨酸的α-氢原子从而进行消除反应。在此过程中，SpvC中的组氨酸His106可能作为起着催化酸的作用。
（生物通：万纹）

原文摘要：
Nature Structural & Molecular Biology
Published online: 16 December 2007 | doi:10.1038/nsmb1329
Structural basis for the catalytic mechanism of phosphothreonine lyase
『Abstract』

附：
柴继杰 博士，研究员

E-mail：[e-mail]

教育经历

1987年 大连轻工业学院化学工程系学士

1997年 中国协和医科大学药物分析学博士


工作经历

2004 中国北京生命科学研究所工作

1999 美国普林斯顿大学分子生物学系做博士后

1997-1999 中国科学院生物物理研究所做博士后


研究概述：

本实验室关注并研究在生物学及药学应用中的重要大分子的结构与功能。主要通过蛋白晶体衍射的方法及一些生物、生化方面的手段阐述这些生物大分子在结构和功能上的联系。我们并不局限于已建立的研究框架，拟与北京生命科学研究所的其他研究小组合作，在今后的工作中开展一些联合研究项目。

一个正进行的研究方向将关注专职吞噬细胞（professional phagocytes）对调亡细胞的识别途径。近十年来大量的工作已对调亡调控的机制做了详尽的研究。相对的，在细胞调亡后如何去除调亡的细胞残体的问题并没得到关注。（此问题并不是不重要）如果在此环节出现问题将造成炎症反应的异常持续和自身免疫的出现。在吞噬细胞消除调亡的细胞体的过程中，第一步反应是调亡的细胞体和处于调亡过程中的细胞表面出现如磷脂酰丝氨酸（PS）等可被各种吞噬细胞上的受体识别的发出“eat-me”信号的信号分子。近年来的研究发现这一识别过程并不仅仅是此类信号分子与吞噬细胞受体的简单结合。实际上，一类可被其他吞噬细胞的受体识别的桥联分子（bridging molecule）如Annexin I（Anx I）也参与了识别过程。除此，我们还将对“don’t-eat-me”信号的识别机制及溶血磷脂酰胆碱（LPC）等“find-me”信号的产生和调控机制进行研究。前者存于正常细胞，保证这些非调亡的细胞不被错误吞噬；后者为调亡细胞所产生。

是本实验室的另一个研究目标是吞噬细胞识别和吞噬调亡细胞的信号调控的分子机制。前人在线虫（C. elegans）的遗传学筛选工作中发现七个基因产物分别隶属于两条功能上冗余的信号转导系统参与了清除调亡细胞体过程。其中一条信号系统为CED-2/ced-5/CED-12/CED10，这条信号系统保守的存于哺乳类中，其同源信号系统为CrkII/Dock180/ELMO/RAC，我门将从蛋白三维结构的尺度研究这条信号系统的活化和调控机制。