专访邵峰:着眼于感兴趣,但机理完全不清楚的研究

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2012年01月09日 来源:生物通

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  近期邵峰研究组再次发表Nature文章,报道了病原细菌效应蛋白阻断宿主炎症信号通路的新调控方式,这也首次公布了半胱氨酸甲基化作为一种新的翻译后修饰在调节信号转导中所起的关键作用。这项成果思路明确,意义重大,可以说是近年来国内这一研究领域的重要论文之一。就此生物通特联系了邵峰研究员,请教了相关问题。

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   着眼于你感兴趣的、有意思、但机理完全不清楚的生物学现象,大胆假设,小心求证,同时坚持不懈地进行各种可能尝试,直到清晰阐明该生物学现象分子层面的机理。 
                                                    ——NIBS邵峰研究员


生物通报道:2011年一位天才型科技领袖陨落,他的辞世之所以引起了这么多人的关注,主要原因之一在于乔布斯耀目的创新才能。在生物学研究领域,创新才能同样重要,甚至可以说是尤为重要,但是要做出创新性成果,发表首创性文章,难上加难。来自国内顶级生命科学研究所的邵峰研究员,自回国加入北京生命科学研究所以来,带领其研究组成员接连在Nature,Science,Cell等顶级期刊上发表成果,而且令人钦佩的是这些成果大多都是创新性思路,首创性成果,那么他的秘诀是什么呢?

   对于这个问题,邵峰研究员清楚的表示,“着眼于你感兴趣的、有意思、但机理完全不清楚的生物学现象,大胆假设,小心求证,同时坚持不懈地进行各种可能尝试,直到清晰阐明该 生物学现象分子层面的机理”。这几句话字字玑珠,意味深长。也许可以将这作为创新精神的具体着力点,执行方法,也正是这样的指导方向令这一研究组不断获得了重要新成果。

   近期邵峰研究组再次发表Nature文章,报道了病原细菌效应蛋白阻断宿主炎症信号通路的新调控方式,这也首次公布了半胱氨酸甲基化作为一种新的翻译后修饰在调节信号转导中所起的关键作用。这项成果思路明确,意义重大,可以说是近年来国内这一研究领域的重要论文之一。就此生物通特联系了邵峰研究员,请教了相关问题。

生物通:这篇文章的研究思路十分清晰——首先是证明了NleE效应蛋白是作用于信号分子TAB2和TAB3,之后分析了作用机制,接下来又反过来验证了之前的结论,这是在设计研究的时候就考虑到的,还是偶然意外发现的呢?您认为设计研究路线最关键是什么呢?

邵峰研究员: 我们通过详细分析NF-kB信号转导的每一步,发现NleE作用在TAB2/3这一信号转导层面,进而通过蛋白直接相互作用的检测,发现NleE直接作用于TAB2/3。同时,我们多年研究病原菌效应分子和NF-kB信号通路的经验告诉我们,NleE很可能具有酶学活性,通过共价修饰的方式使其宿主靶蛋白失去活性。生化实验结果也确实验证了我们的猜想。

   所以,应该说找到NleE的靶蛋白进而阐明NleE的作用机理,是我们一步一步实验设计和实验数据的自然结果,但发现半胱氨酸甲基化调控这种方式则是一个意外,因为这不是任何人一开始就可以预期和假设的。

生物通:这项研究关键之一在于发现了一种新型的信号传导调控方式,这令我们印象深刻,您认为这种半胱氨酸甲基化调控方式与之前所知的乙酰化,甲基化在信号传导中的作用,有何不同呢?这些差异具有什么意义?

邵峰研究员: 不同之处在于,被修饰的是蛋白锌指结构域中结合锌离子的半胱氨酸,而普通的乙酰化和甲基化主要修饰蛋白分子中的赖氨酸。另外,后两种已知修饰方式可以产生某种功能进而调节信号转导,但半胱氨酸甲基化主要的结果是使被修饰的蛋白分子或结构域失去原有在信号转导中的功能和活性。当然,实现这些翻译后修饰所需要信号转导分子的酶学活性也是完全不同的。

生物通:这项研究指出了病原阻断宿主炎症信号通路的新机制,那么有哪些病原菌采用的是NleE效应蛋白呢,这项研究对于临床治疗和防治具有哪些意义呢?

邵峰研究员: 当然,根据我们的研究结果,通过设计小分子化合物来拮抗NleE在感染中对宿主免疫系统的抑制作用是完全可能的,我想如果做得好的话,很可能会有不错的效果。但是,一般来说,治疗细菌感染疾病不倾向于设计作用于如此特异靶点分子的药物,原因在于这样的药物在抗感染中不够广谱。所以现在还不好说这项研究发现一定具有立刻的临床治疗意义。我个人觉得更多的意义还是促进我们对病原菌感染机制和宿主信号转导的理解。

生物通:NF-κB无疑是一种重要的免疫应答信号分子,在这一途径中也有其它的作用因子具有锌指结构域,那么是否也存在同样的作用机理呢?

邵峰研究员:不排除这种可能性。另外,由于锌指结构是一种最为普遍存在的结构域,很多信号转导中的蛋白分子都具有一个或多个锌指结构域。我们的研究结果暗示半胱氨酸甲基化有可能在其他许多信号转导过程中起重要调节作用。

生物通:您的研究组近年来获得的成果都是首创性的,具有创新性,您认为要获得创新性成果,进行创新性研究,关键是什么?

邵峰研究员: 着眼于你感兴趣的、有意思、但机理完全不清楚的生物学现象,大胆假设,小心求证,同时坚持不 懈地进行各种可能尝试,直到清晰阐明该 生物学现象分子层面的机理。

欲了解更多邵峰研究组的信息,请参阅:http://www.nibs.ac.cn/?act=view&id=312

(生物通:王蕾)

原文摘要:
Cysteine methylation disrupts ubiquitin-chain sensing in NF-κB activation
NF-κB is crucial for innate immune defence against microbial infection. Inhibition of NF-κB signalling has been observed with various bacterial infections. The NF-κB pathway critically requires multiple ubiquitin-chain signals of different natures. The question of whether ubiquitin-chain signalling and its specificity in NF-κB activation are regulated during infection, and how this regulation takes place, has not been explored. Here we show that human TAB2 and TAB3, ubiquitin-chain sensory proteins involved in NF-κB signalling, are directly inactivated by enteropathogenic Escherichia coli NleE, a conserved bacterial type-III-secreted effector responsible for blocking host NF-κB signalling. NleE harboured an unprecedented S-adenosyl-l-methionine-dependent methyltransferase activity that specifically modified a zinc-coordinating cysteine in the Npl4 zinc finger (NZF) domains in TAB2 and TAB3. Cysteine-methylated TAB2-NZF and TAB3-NZF (truncated proteins only comprising the NZF domain) lost the zinc ion as well as the ubiquitin-chain binding activity. Ectopically expressed or type-III-secretion-system-delivered NleE methylated TAB2 and TAB3 in host cells and diminished their ubiquitin-chain binding activity. Replacement of the NZF domain of TAB3 with the NleE methylation-insensitive Npl4 NZF domain resulted in NleE-resistant NF-κB activation. Given the prevalence of zinc-finger motifs and activation of cysteine thiol by zinc binding, methylation of zinc-finger cysteine might regulate other eukaryotic pathways in addition to NF-κB signalling.

邵峰研究员简介(来自NIBS网站):


 
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。

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