近日，我校和北京生命科學研究所、中科院生物物理所、十堰市太和醫院研究團隊在人類緻病菌感染與免疫研究中取得新進展，相關研究成果以Structural and Functional Insights into Host Death Domains Inactivation by the Bacterial Arginine GlcNAcyltransferase Effector 為題發表在Cell press系列Molecular cell雜志上。
2013年來自中國和澳大利亞的兩個研究小組在Nature發表文章，報道來自細菌的三型分泌系統效應蛋白NleB可以對死亡受體複合物中的接頭蛋白TRADD／FADD／RIPK1的死亡結構域（death domain，DD）進行精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾。該修飾使得死亡結構域蛋白失去寡聚能力，從而在腸緻病性大腸杆菌EPEC感染時，因為有NleB的存在，而抑制TNFR，FAS，TRAIL-R等多種死亡受體介導的炎症反應和細胞死亡，利于其在宿主體内定殖。該效應蛋白是如何特異識别死亡結構域蛋白，如何催化發生精氨酸N乙酰葡萄糖胺化修飾，一直是領域内關注的問題。我校李姗教授課題組與合作者在發現精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾（Nature，2013）開發了有效研究工具（Angewanted chemie int ed，2014）之後，又成功解析了NleB單體（酶單體），NleB／FADD DD／UDP複合體（酶／底物／糖基配體三元複合體）發生精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾的RIPK DD和TRADD DD（修飾後的兩個蛋白底物）的晶體結構，發現NleB的催化機理與以往報道的來自細菌的多個O-連接糖基轉移酶（Lgt1，-Toxin，TcdA/B，PaTox等）不同，是一種inverting glycosyltransferase，揭示精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾的酶學機理，酶和底物識别機制以及其酶學活性在動物感染模型中的作用（Molecular cell，2019）。
死亡結構域最著名的的生化性質是通過自體或異體相互作用，形成寡聚體來傳遞信号，所以對其晶體結構的研究是結構生物學中的熱點和難點。發生精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾的死亡結構域蛋白會失去寡聚能力，并且在原核或真核共表達甚至病原菌感染體系中，NleB對TRADD，FADD和RIPK1的死亡結構域修飾比例可以達到百分之百。研究人員解析了修飾後的TRADD DD和RIPK1 DD蛋白的晶體結構，可以看到N乙酰葡萄糖胺（GlcNAc）以-構型連接在死亡結構域蛋白對應的精氨酸上。
人類基因組中有大于30個死亡結構域蛋白，其中12個含有保守精氨酸（NleB的修飾位點）。研究人員利用課題組前期制備的特異性識别精氨酸N-乙酰葡萄糖胺化修飾的抗體，發現在原核體系中，NleB可以修飾TNFR1、FAS、DR3等受體，而不能修飾DR4和DR5。他們将酶和底物結合區域的重要氨基酸進行突變分析，發現DR5的Lys369變成可被修飾底物中的氨基酸Asp後DR5就可以被NleB修飾。與之相對應，NleB中可能與DR5的Asp369突變體相互作用的位點Lys289和Lys292如果變成Asp289和Glu292，則NleB也獲得的修飾DR5的能力，這進一步說明酶和底物精細的識别機制調控了NleB對死亡結構域蛋白特異的修飾。
研究人員在動物感染模型中，證實了NleB對蛋白底物的識别，對糖基配體的結合，及其翻轉式糖基轉移酶的催化機制，對病原細菌在宿主體内的有效定殖至關重要。
最後，研究人員發現NleB可以抑制FADD與上遊FAS、DR4、DR5和RIPK1的結合，也可以抑制TRADD與上遊TNFR1，及下遊RIPK1和FADD的結合。由于NleB可以有效的修飾多個死亡受體相關蛋白的死亡結構域，它是一個多效的死亡受體信号通路抑制劑。
我校77779193永利官网李姗教授，北京生命科學研究所邵峰院士，中國科學院生物物理所丁璟珒研究員為本文的共同通訊作者。本項目受科技部重點研發專項、國家自然科學基金、中科院青年創新項目、湖北省自然科學基金和77779193永利官网自主創新基金資助。
