六型分泌系统效应蛋白-免疫蛋白复合物(Tae4-Tai4)的结构和功能研究

　　六型分泌系统是最近几年刚被发现的，存在于革兰氏阴性菌中的一种分泌系统。六型分泌系统和细菌的致病性相关。最新的研究表明，六型分泌系统也在细菌的竞争中发挥作用。六型分泌系统转运效应蛋白并注射到邻近细胞的周质空间，这类效应蛋白具有酰胺酶活性，水解对方的肽聚糖进而杀死竞争细胞。但是这类细菌本身却表达免疫蛋白，保护自身免受伤害。北京大学生命科学学院苏晓东课题组和中科院高能物理研究所董宇辉课题组联合解析了一组效应蛋白-免疫蛋白复合物 (Tae4-Tai4) ，相关的研究成果发表在2013年2月22日Journal of Biological Chemistry上。该文章在短短一年时间已经被引用了近20次。　　

　　利用北京同步辐射装置 (Beijing Synchotron Radiation Facility, BSRF)解析了阴沟肠杆菌(Enterobacter cloacae) 的Tae4的晶体结构，以及来自阴沟肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)的Tae4-Tai4复合物的晶体结构。Tae4分子的W122氨基酸在结合Tai4后，有一个180°的翻转，和Tai4 protruding loop上的T91有一个疏水相互作用。复合物中W122位于催化氨基酸H128的上方，直接限制了H128的空间位置。 

　　研究发现，效应蛋白Tae4蛋白在溶液中以单体形式存在，拥有典型的NlpC/P60折叠，催化三联体分别位于N端和C端的亚结构域。而且催化三联体暴露于溶剂区，实验验证这三个氨基酸对维持Tae4水解活性是必需的。免疫蛋白Tai4是一个全a螺旋结构，在溶液中形成二聚体。Tae4-Tai4复合物在溶液中以异源四聚体存在，其中两个免疫蛋白分子分别结合一个效应蛋白的N端和C端的亚结构域，整体结构是中心二次对称。SPR和突变实验显示，结合Tae4 C端的亚结构域的Tai4分子对复合物的形成起主要作用。 

　　Tae4单体结构和复合物结构比对后发现，Tai4的protruding loop插入Tae4的催化中心。 Tae4的活性loop区 (lid loop) 在结合Tai4之后，由开放状态变成了闭合状态，进而屏蔽了底物进入催化中心的通道。当删除结合Tai4的protruding loop后，Tae4的酶活得到恢复。这种特有的抑制机制是首次发现，有助于我们理解六型分泌系统在细菌竞争中的角色。另外，综合之前关于六型分泌系统效应蛋白的抑制机制的研究，我们提出催化氨基酸His可以作为一个设计抗菌药的靶标。 

　　文章发表后，生物谷等相关生物在线新闻这样报道：这些研究结果揭示出了一种效应因子-免疫对中存在的独特抑制机制，从而有助于研发出对抗病原菌的药物。