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朱永群实验室在Nature Microbiology上發表論文发现特异地切割线性泛素链的全新去泛素化酶

时间:2019年05月21日 访问次数:1124


  2019年5月20日,我院朱永群實驗室在Nature Microbiology杂志上发表题为“A bacterial effector deubiquitinase specifically hydrolyses linear ubiquitin chains to inhibit host inflammatory signalling”的研究论文,发现了来源于病原菌的特异地切割线性泛素链的全新去泛素化酶,并揭示其在病原菌与宿主相互作用中的重要功能及机制。

 泛素化是真核生物所特有的一種蛋白翻譯後修飾,參與了真核生物衆多的信號通路的調節。泛素在泛素激活酶E1、泛素結合酶E2和泛素連接酶E3的依次催化下,形成7種異肽鍵連接形式的泛素鏈和1種獨特的線性泛素鏈。線性泛素鏈是由泛素連接酶複合物LUBAC催化,將泛素通過肽鍵首尾相連形成的。線性泛素鏈擁有獨特的構象,調節很多重要的生理過程,參與宿主抗菌免疫防禦等。不同于異肽鍵泛素鏈在真和細胞內存在數量龐大的去泛素化酶,線性泛素鏈只有一個名爲OTULIN的去泛素化酶。雖然OTULIN能夠水解線性泛素鏈,但是其是否真正地在細胞內廣泛發揮線性泛素鏈去泛素化酶活性,還是只是作爲調節LUBAC複合物活性的專用分子,還存在著爭議。

 病原菌在與宿主長期相互鬥爭的過程中,通過各自獨特的蛋白質分泌系統,分泌大量的毒性效應蛋白分子,作用于宿主細胞關鍵信號分子,調節宿主信號通路,拮抗宿主免疫防禦和促進病原菌侵染。多個效應蛋白分子被報道具有去泛素酶活性,切割宿主的泛素鏈,從而幹擾宿主泛素化過程。然而這些被報道的去泛素化酶效應蛋白全部都是切割異肽鍵連接的泛素鏈,主要偏好切割Lys63連接的泛素鏈。由于線性泛素鏈參與宿主免疫防禦過程,具有很強的抑制細菌侵染的能力,因而在病原菌領域裏長期以來存在著一個科學疑問:是否存在特異地切割線性泛素鏈的去泛素化酶效應蛋白分子。

 爲了解決這一問題,該研究首先設計了一個新型的針對病原菌的去泛素化酶活性篩選體系。從43種不同病原菌進行了廣泛的篩選,成功地發現嗜肺軍團菌裂解液具有切割線性泛素鏈的活性,隨後從其中300多個效應蛋白當中,鑒定出RavD具有切割線性泛素鏈的酶學活性。RavD只特異地切割線性泛素鏈,不能切割任何異肽鍵連接形式的泛素鏈,表明RavD是一個特異切割線性泛素鏈的去泛素化酶。實驗室還解析了RavD與線性泛素鏈的複合物結構,發現RavD具有獨特的Cys-His-Ser催化三聯體基序,其三維結構不同于先前發現的所有去泛素化酶,是一個全新的去泛素化酶。在感染過程中,RavD持續性地切割宿主細胞內嗜肺軍團菌所建立的膜泡上的線性泛素鏈,避免膜泡上線性泛素鏈的累積,從而抑制宿主NF-κB免疫反應。RavD廣泛地存在于軍團菌屬細菌中,其同源蛋白也都具有切割線性泛素鏈的去泛素化酶活性,表明切割線性泛素鏈是軍團菌屬細菌在宿主細胞內生存的一個普遍機制。

 图1. RavD作用机制模式图。a. RavD水解线性泛素链的酶学活性示意图。b. RavD在嗜肺军团菌感染过程中的作用机制模式图。RavD被四型分泌系统分泌后,在宿主巨噬细胞内定位到嗜肺军团菌膜泡结构上,清楚膜泡上的线性泛素链,抑制宿主NF-κB免疫通路。

這項研究首次發現一個特異地切割線性泛素鏈的全新去泛素化酶,解決了病原菌領域的一個長期科學問題,發現了病原菌抑制宿主NF-κB免疫信號通路和幹擾泛素化信號通路的一個新機制,以及揭示了軍團菌屬病原菌一個普適的胞內生存機制。另外,該研究所建立的篩選體系將幫助人們發現更多的病原菌去泛素化酶。由于與真核去泛素化酶完全不同,RavD可以被開發成研究線性泛素鏈的全新研究工具,促進真核細胞信號轉導的研究。

 朱永群實驗室的博士生萬木陽和博士後王小飛爲本文的共同第一作者,朱永群教授爲本文的通訊作者。參加該研究的還有朱永群教授實驗室的研究生黃春峰、徐丹丹、王钊和浙江大學生命科學學院的周豔研究員。該工作獲得國家自然科學基金委、科技部、國家萬人計劃青年拔尖人才、浙江省萬人計劃科技創新領軍人才和中央高校基本科研經費的資助。

原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41564-019-0454-1