NIBS邵峰研究组连发Nature，Nature子刊文章：细胞宿主防御新机制

　　

北京生命科学研究所学术副所长、资深研究员邵峰博士近期接连在Nature和Nature Microbiology杂志上发文，分别通过CRISPR–Cas9高通量筛选的方法，发现了新的病原相关分子模式和与其对应的模式识别受体，以及首次报道了志贺氏痢疾杆菌的三型分泌系统效应蛋白IcsB具有全新的长链脂肪酰基转移酶活性，通过修饰宿主中多个膜相关蛋白帮助拮抗宿主防御的分子机制。

在“Nε-fatty acylation of multiple membrane-associated proteins by Shigella IcsB effector to modulate host function”这篇文章中，首次发现志贺氏痢疾杆菌的毒力效应蛋白IcsB具有全新的脂肪酰基转移酶活性，不仅通过修饰Rho家族小G蛋白导致细胞内肌动蛋白纤维被破坏，而且也可以修饰其它Ras超家族的小G蛋白和SNARE等多个非小G蛋白，进而帮助痢疾杆菌抑制或调控多个细胞生理活动，促进其在宿主内生存和增殖。

志贺氏痢疾杆菌（Shigella flexneri）是导致痢疾（bacillary dysentery）和志贺氏菌病（Shigellosis）的主要病菌。和其它很多革兰氏阴性致病菌类似，志贺氏痢疾杆菌也通过其三型分泌系统向宿主细胞内注射多个效应蛋白，干扰或抑制宿主防御相关的通路，进而促进细菌感染和增值。IcsB是志贺氏痢疾杆菌中最早发现的三型分泌效应蛋白之一，对于细菌的致病力至关重要。此前的研究表明，IcsB可以调控宿主的多个细胞活动，包括促使细胞膜上的细菌突触破裂从而帮助细菌传播、促进痢疾杆菌从限制细菌的Septin cage中逃逸、抑制宿主的细胞自噬防御。然而，IcsB发挥这些功能的具体的分子机制并不清楚。

研究人员首先发现在酵母细胞或哺乳动物细胞中异位表达IcsB，会产生很强的细胞毒性，抑制细胞生长，并且，表达IcsB的细胞会有明显的形态变化：从舒展的贴壁状态变成漂浮的圆球状。这种形态变化暗示IcsB可能是直接或间接破坏了宿主的细胞骨架结构。

进一步的研究发现，IcsB可以严重破坏细胞骨架中的肌动蛋白纤维（filamentous actin fibers），同时上游控制肌动蛋白纤维组装的Rho家族小G蛋白由于IcsB的存在也失去了活性。

研究人员然后通过一系列严谨的生化和细胞实验，最终发现IcsB是一个全新的长链（18-C）脂肪酰基转移酶，通过这个特殊的酶学活性使得Rho家族小G蛋白C端的富含碱性氨基酸（PBR）区域中的赖氨酸侧链氨基上被加上一条长长的“脂肪链尾巴”，这种修饰导致小G蛋白失活，丧失了调控肌动蛋白纤维组装的能力，使得IcsB对酵母和哺乳动物细胞显示出细胞毒性。

在上述研究中，研究人员注意到：（1）IcsB对Rho蛋白的识别并不依赖于一段独特的氨基酸序列，只是识别一段富含碱性氨基酸的区域及其C端被脂肪链修饰的CAAX motif，而具有这样特征的蛋白质在宿主细胞中其实有很多。（2）IcsB对Rho蛋白的修饰并不能解释其对多个宿主细胞通路均有抑制作用，特别是其对细胞自噬的抑制。考虑到这些问题，研究人员设计了巧妙的化学蛋白质组学的实验，将被IcsB修饰的、带有长链脂肪酰基的底物蛋白全部“抓”出来，再利用基于同位素的蛋白质定量质谱的方法鉴定出这些被修饰的蛋白。利用这个方法，他们发现在痢疾杆菌感染宿主细胞时，IcsB可以使至少60个左右的宿主蛋白发生长链脂肪酰基修饰，这些蛋白不仅包括此前鉴定出的Rho蛋白，还包括Ras和Rab家族的小G蛋白，以及SNARE和Septin家族等多个非小G蛋白。这些蛋白都具有一个富含碱性氨基酸的区域，在宿主细胞膜泡相关的多个通路中发挥重要调节作用。通过对这些蛋白进行逐一排查，研究人员最终发现IcsB是通过修饰CHMP5蛋白从而帮助痢疾杆菌抑制宿主细胞的抗细菌细胞自噬。

另外一篇文章：“Alpha-kinase 1 is a cytosolic innate immune receptor for bacterial ADP-heptose”中，研究人员首次发现并证明细菌中ADP-Hep进入宿主细胞后结合激酶ALPK1 N-端结构域，并刺激C-端激酶结构域磷酸化活化TIFA，介导III型分泌系统(type III secretion system, T3SS) 依赖的NF-κB的活化和细胞因子的产生。系统证明了存在于所有革兰氏阴性菌和部分革兰氏阳性菌中的代谢产物ADP-Hep作为真正的PAMP，能够透过哺乳动物的细胞膜，被作为PRR的广泛表达的ALPK1激酶识别，诱导细胞因子的产生。

原文标题：

Alpha-kinase 1 is a cytosolic innate immune receptor for bacterial ADP-heptose

Nε-fatty acylation of multiple membrane-associated proteins by Shigella IcsB effector to modulate host function