《Cell Reports》：The Chlamydia effector Dre1 binds dynactin to reposition host organelles during infection
编辑推荐：
本文聚焦沙眼衣原体（Chlamydia trachomatis），发现其效应蛋白 Dre1 可与动力蛋白复合体（dynactin）结合，重定位宿主细胞器，影响感染进程。该研究不仅揭示了病原体新的致病机制，还为理解细胞内蛋白互作提供了新思路，对防治衣原体感染意义重大。
研究背景
沙眼衣原体（Chlamydia trachomatis）是一种专性细胞内病原体，可引发性传播感染、致盲性沙眼，还与宫颈癌和卵巢癌相关。世界卫生组织估计每年新增超 1.31 亿例感染，且目前尚无有效疫苗。沙眼衣原体感染宿主细胞后，会在膜结合的包涵体中复制，通过重定位宿主细胞器获取营养并逃避宿主免疫监视，但细菌和宿主蛋白如何促进这一过程尚不清楚。一类衣原体分泌的效应蛋白 —— 包涵体膜蛋白（Incs），被认为是宿主细胞结构的调节因子，但其宿主靶点和作用机制尚未完全明确。此前研究发现，宿主动力蛋白复合体（dynactin）与沙眼衣原体 Incs 中的 CT192/CTL0444（即 Dre1）存在相互作用。dynactin 在细胞内参与多种重要功能，如协助细胞内运输、锚定和组织微管等。
研究方法
- 细胞生物学方法：通过转染实验和感染实验，利用免疫荧光显微镜、免疫印迹等技术，研究 Dre1 与 dynactin 的相互作用，以及 Dre1 对宿主细胞器定位的影响。
- 遗传学方法：构建含有突变dre1基因的沙眼衣原体菌株，如 L2Δdre1，并通过互补实验，验证 Dre1 在感染过程中的功能。
- 结构研究方法：利用 Dre1 作为亲和试剂，从人细胞中纯化 dynactin，进行冷冻电镜（cryo - EM）分析，解析人源 dynactin 的结构。
研究结果
- Dynactin 与 Dre1 的相互作用：前期 AP - MS 筛选预测了转染的 Dre1 与宿主 dynactin 复合体 11 个亚基的相互作用。后续在 L2 菌株感染的背景下，通过 AP - MS 和免疫荧光显微镜等实验证实，Dre1 与 dynactin 在感染过程中存在特异性相互作用，且该相互作用不依赖于已知的调节 dynein 或 dynactin 活性的适配体。
- Dre1 对 dynactin 招募的影响：研究发现，Dre1 是感染过程中 dynactin 招募到包涵体膜所必需的。通过构建 L2Δdre1突变株及互补株，实验表明，缺失 Dre1 会导致 dynactin 无法正常招募到包涵体，而互补表达 Dre1 后可恢复这一过程，且 Dre1 不影响包涵体向微管组织中心（MTOC）的运输及感染早期步骤。
- Dre1 结合 dynactin 的关键区域：通过转染截断突变体并进行 AP 和免疫印迹实验，确定 Dre1 的 C 末端胞质结构域（181 - 231 位氨基酸）与 dynactin 结合有关，进一步通过序列比对和突变实验发现，该区域的两个高度保守区域 CR1 和 CR2 对结合至关重要，突变这些区域会破坏 Dre1 与 dynactin 和 dynein 的结合。
- Dre1 用于 dynactin 的结构研究：利用转染的 Dre1 作为亲和试剂，从人 Expi293F 细胞中纯化 dynactin，并通过 cryo - EM 分析获得了人源 dynactin 的结构。结构显示，Dre1 可能结合在 dynactin 的尖端复合体区域，这为研究 dynactin 的功能提供了新的视角。
- Dre1 对宿主细胞器定位的影响
- 中心体和纺锤体：Dre1 在沙眼衣原体感染过程中，参与调节中心体的定位。在感染细胞中，Dre1 有助于将中心体从典型的近核位置重新定位到包涵体附近，且在有丝分裂过程中，影响纺锤体的形成，导致异常纺锤体的出现，进而影响染色体的正常分离。
- 初级纤毛和高尔基体：Dre1 还能使初级纤毛和高尔基体重新定位到包涵体附近。在感染表达 Dre1 的菌株时，初级纤毛的一端会定位在包涵体膜上；高尔基体在感染过程中会碎片化并被招募到包涵体周围，Dre1 对此过程起到重要作用。
- Dre1 对包涵体融合及病原体毒力的影响：Dre1 有助于提高包涵体融合的效率，缺失 Dre1 会导致包涵体融合延迟，但最终仍能融合。在细胞培养和小鼠模型中，Dre1 对沙眼衣原体的感染性后代产生至关重要，缺失 Dre1 会导致细菌在细胞内的生长和在小鼠上生殖道中的载量显著降低，补充 Dre1 后可部分恢复。
研究讨论
- Dre1 与病原体感染机制：本研究揭示了 Dre1 与宿主 dynactin 复合体相互作用的重要意义。Dre1 通过与特定的 dynactin 亚群结合，选择性地重塑宿主细胞结构，在不抑制宿主细胞存活的情况下，促进沙眼衣原体的生长和感染，这是病原体利用单个效应蛋白引发宿主细胞大规模变化的一种复杂策略。
- Dre1 在细胞生物学研究中的应用：利用 Dre1 作为亲和试剂纯化 dynactin 并解析其结构，为研究 dynactin 的功能和机制提供了新的方法和思路。这种从哺乳动物细胞培养中纯化蛋白进行结构研究的方法，有助于深入理解 dynactin 在健康和疾病状态下的作用。
- Dre1 与疾病的关系：沙眼衣原体感染导致的细胞分裂异常与 Dre1 有关，这可能与沙眼衣原体作为宫颈癌发病的辅助因素相关。此外，Dre1 对初级纤毛的调节作用也为研究病原体与宿主细胞相互作用的复杂性提供了新的方向。
- 研究的局限性：研究存在一些局限性，如无法确定 Dre1 的 181 - 231 位氨基酸片段是否足以结合 dynactin，Dre1 在 dynactin 复合体中的区域分辨率较低，对无 Dre1 时包涵体最终融合的机制尚不明确，且在小鼠感染模型实验中可能存在低估差异的问题。
综上所述，本研究发现了首个直接结合 dynactin 并调节其功能的细菌效应蛋白 Dre1，揭示了其在沙眼衣原体感染过程中对宿主细胞结构重塑和病原体毒力的重要作用，为深入理解病原体与宿主细胞的相互作用机制提供了重要依据，也为开发针对衣原体感染的治疗策略提供了潜在的靶点。
