邵峰继Science文章后发Nature子刊文章 解析泛素成果

　　

生物通综合，北京生命科学研究所邵峰小组自2007年2月16日在Science杂志发表文章以来，在此研究基础上继续深入研究志贺氏菌Ⅲ型分泌系统，揭示是存在于志贺氏菌内的一种泛素连接酶的机制，相关成果发表在Nature子刊Nature Structural & Molecular Biology上。

 

 

在这篇文章中，作者首先发现来源于志贺氏痢疾杆菌(Shigella  flexneri)的一类被称为IpaH的三型分泌系统效应蛋白分子具有非常独特的泛素连接酶活性。生物化学实验证据表明IpaH选择性地利用宿主中一类特殊的泛素结合酶，其泛素链的连接方式很可能导致宿主靶蛋白的降解，进而在痢疾杆菌对宿主的免疫抑制中起重要作用。作者进一步通过解析IpaH蛋白的三维结构，发现IpaH的一个结构域和引起鼠疫的耶尔氏菌(Yersinia  pestis)中得YopM效应蛋白结构非常类似，这个结构域很可能用来特异性地识别宿主中的靶蛋白。IpaH的另外一个结构域具有非常强的泛素连接酶活性，结构比较发现IpaH的泛素连接酶结构和已知的真核宿主细胞中的两类泛素连接酶(RING型和HECT型泛素连接酶)的结构完全不同，是一种全新的折叠方式。 

 

序列同源搜索发现，IpaH  的同源蛋白广泛存在于包括沙门氏菌(Salmonella)和假单胞菌(Pseudomonas)在内的许多其它致病菌中，生化实验也证明这些同源蛋白确实具有相似的泛素连接酶活性。进一步基于结构的深入研究发现了一个重要的保守CXD结构模块对IpaH型的泛素连接酶活性至关重要。CXD中的半胱氨酸残基(C)作为亲核基团催化泛素的转移。  有趣的是,  CXD中的天冬氨酸残基(D)的单点突变就能使IpaH完全失去泛素连接酶的活性，但同时却具有了很强的硫酯键水解酶活性。这种现象从未在已知的泛素连接酶中发现。作者推测这很可能揭示了IpaH型的泛素连接酶在进化上起源于细菌中的某种硫酯键水解酶。

 

这篇文章不仅仅揭示了一类全新的广泛存在于许多致病菌的泛素连接酶，由于这类泛素连接酶具有完全不同于宿主中泛素连接酶的结构和作用机理，这也打破了普遍流行的认为致病菌毒力效应蛋白往往在分子水平模拟了宿主功能的假说。同时，由于IpaH型的泛素连接酶不存在于宿主体内，这项研究也为设计具有广谱性的抗感染小分子药物提供一种可能性和理论基础。  同时这项研究工作的发现也进一步拓宽了人们对致病菌和蛋白质泛素化这两个重要领域的认识。

 

朱永群博士和李洪涛博士为本文共同第一作者；其他参与此项工作的还有，胡丽燕（技术员），王嘉懿（轮转学生），周艳（研究生），庞志敏（轮转学生），柳丽萍（技术员）；邵峰博士为本文通讯作者。  

 

此项研究为科技部863和北京市科委资助课题，完全在北京生命科学研究所完成。

 

原文摘要：Structure of a Shigella effector reveals a new class of ubiquitin ligases

【Abstract】

Bacterial pathogens have evolved effector proteins with ubiquitin E3 ligase activities through structural mimicking. Here we report the crystal structure of the Shigella flexneri type III effector IpaH3, a member of the leucine-rich repeat (LRR)-containing bacterial E3 family. The LRR domain is structurally similar to Yersinia pestis YopM and potentially binds to substrates. The structure of the C-terminal E3 domain differs from the typical RING- and HECT-type E3s. IpaH3 synthesizes a Lys48-linked ubiquitin chain, and the reaction requires noncovalent binding between ubiquitin and a specific E2, UbcH5. Free ubiquitin serves as an acceptor for IpaH3-catalyzed ubiquitin transfer. Cys363 within a conserved CXD motif acts as a nucleophile to catalyze ubiquitin transfer through a transthiolation reaction. The D365N mutant is devoid of E3 activities but turns into a potent ubiquitin-E2 thioesterase. Our analysis establishes a structurally and mechanistically distinct class of ubiquitin ligases found exclusively in pathogenic or symbiotic bacteria.

 

邵峰

  邵峰 博士

北京生命科学研究所研究员

教育经历

Education:

1996年

 中国北京大学技术物理系应用化学专业学士

2003年

 美国密西根大学医学院生物化学博士

 

工作经历

2005-present

中国北京生命科学研究所研究员

 2004-2005

美国哈佛大学医学院博士后研究

2003-2004

美国加洲大学圣地亚哥分校医学院博士后研究

1999-2003

美国密西根大学医学院博士研究生助理

 

研究概述：

本实验室研究兴趣主要在于研究细菌病原体和宿主细胞相互作用过程中的生物化学机制，研究目标是希望能够发现病原体在抑制真核宿主细胞免疫信号系统中一些新的作用方式，以帮助我们理解相关病原菌的致病机理。实验室的一个研究方向是研究志贺氏痢疾杆菌是如何通过分泌各种效应分子进入真核宿主体内进而干扰宿主的免疫防御机制。从研究志贺氏痢疾杆菌致病的分子机制出发，实验室在最近的研究中发现并定义了一类广泛存在于多种细菌病原体(包括志贺氏痢疾杆菌)中新的磷酸化苏氨酸裂解酶。这种酶能够特异识别并不可逆地“去磷酸化”宿主的MAPK激酶。这种全新的酶学活性和共价修饰使得这些病原菌在感染后能够迅速和有效地抑制真核宿主的MAPK激酶介导的免疫信号通路。目前，实验室也在集中研究其它几个志贺氏痢疾杆菌效应分子的生化和生物学功能。实验室希望通过结合多种生物化学和细胞生物学的手段来研究并阐明这些效应分子是如何协同作用以及它们在志贺氏痢疾杆菌感染和致病过程中所扮演的角色。同时，本实验室对蛋白质泛素化及泛素降解通路在细胞周期，细胞增殖以及肿瘤形成过程的作用感兴趣。最近的研究结果表明一类含有BTB结构域的蛋白可能作为一种由CUL3组装的新的泛素E3连接酶复合物的特异性连接分子。目前的研究工作集中在验证这些新的BTB蛋白能够通过CUL3依赖性的泛素化通路调节细胞周期和细胞增殖并阐明其机制。后续的工作将进一步研究这些新的蛋白降解通路在某些肿瘤细胞增殖中所起的作用。