《分子細胞》—邵峰小組—病原菌和酶研究

2007年11月29日，北京生命科學研究所邵峰博士實驗室在《分子細胞》（Molecular Cell）雜志上在線發表(Immediate Online Publication)題為Structural Insights into the Enzymatic Mechanism of the Pathogenic MAPK Phosphothreonine Lyase的文章。該文章報道了來源于多種三型分泌系統致病病原菌的一個具有新的磷酸化蘇氨酸合酶（MAPK Phosphothreonine Lyase）效應分子家族的底物復合物結構、底物識別和酶學催化機制以及可能的小分子藥物設計路線。
 
通過所謂的三型分泌系統分泌效應分子進入真核宿主體內，進而阻斷或調節宿主免疫相關的信號通路是許多革藍氏陰性病原菌普遍采用的致病機制。尋找這些效應分子在宿主細胞中的靶蛋白并闡明其作用于靶蛋白及相關信號通路的生物化學機理對于我們認識病原菌致病機理和建立有效防治手段有著重要的意義。同時，這也可能促進我們對真核細胞本身的信號轉導機制的進一步理解。在今年初的Science文章里，邵峰博士實驗室發現了一類高度保守的、既存在于動物病原菌［包括導致痢疾的志賀氏痢疾桿菌（shigella）和沙門氏菌（Salmonella）］同時也存在于能夠感染植物的假單胞桿菌（Pseudomonas syringae）中的三型分泌系統效應分子。通過對其中志賀氏痢疾桿菌來源的OspF效應分子的深入研究，他們發現OspF效應分子家族直接作用于并抑制真核宿主體內的MAPK激酶。這種抑制作用是通過一種全新的磷酸化蘇氨酸裂合酶的活性實現對MAPK激酶不可逆地“去磷酸化”。
 
在這篇文章中，作者結合了結構生物學、生物化學和酶學等多種手段，首先闡明了磷酸化蘇氨酸裂合酶對MAPK激酶底物的識別模擬了真核宿主細胞中通用的MAPK docking作用方式；通過對酶和底物的結構測定和分析，作者發現這類酶采取了一種前所未有的結構模式，但采取同樣的方式特異性的識別底物的兩個磷酸基團。這種識別依賴于底物的構象變化，從而揭示了其對不同MAPK激酶的活性差異并暗示p38 MAPK激酶應該是該病原菌效應分子在感染致病過程中的首選目標。進一步基于結構的酶學和生化分析發現并驗證了該酶利用一個保守的賴氨酸作為催化堿來起始催化過程和另一個保守的組氨酸作為催化酸來穩定反應過渡態并參與實現磷酸基團的離去。
 
邵峰博士（本文通訊作者）說：“我們的發現不僅從原子水平闡明了這種在動植物界高度保守的致病病原菌拮抗真核宿主細胞免疫信號通路的機理，為設計抗感染小分子藥物提供了依據和可能性，但更為重要的是， 我們的研究結果還揭示了一種意想不到的全新的酶學催化機制，豐富了人們對蛋白質酶學的認識。
 
朱永群（生物物理所聯合培養博士生）、李洪濤博士和龍承祖（技術員）為本文共同第一作者；其他參與此項工作的還有，胡麗燕（技術員）、徐浩（技術員）、柳麗萍（技術員）；陳涉（蛋白質組中心）和王大成研究員（生物物理所）為本文共同通訊作者。
 
此項研究為科技部863和北京市科委資助課題，在北京生命科學研究所邵峰實驗室完成。