北京生科院最新《自然》文章

來自北京生命科學研究所，中科院生物物理研究所，遺傳與發育研究院，清華大學生命科學與生物技術系，美國康奈爾大學的研究人員報道了第一個細菌效應蛋白和植物中對應的抗性蛋白的復合物AvrPto-Pto的晶體結構，基于該結構和相關實驗結果，提出了AvrPto通過解除Pto對防御響應的抑制引發疾病抗性的機制。這一研究成果公布在昨天出版的《Nature》雜志上。 

原文檢索：
Nature 449, 243-247 (13 September 2007) |
doi:10.1038/nature06109; Received 5 July 2007; Accepted 24 July 2007; Published online 12 August 2007
The structural basis for activation of plant immunity by bacterial effector protein AvrPto
[Abstract]

文章的通訊作者是來自北京生命科學研究所的柴繼杰博士，其實驗室主要關注并研究在生物學及藥學應用中的重要大分子的結構與功能，主要通過蛋白晶體衍射的方法及一些生物、生化方面的手段闡述這些生物大分子在結構和功能上的聯系。

博士生邢維滿為本論文的第一作者，論文的其他作者還有鄒艷、劉佳凝、陳涉、羅熙、周儉民博士，康奈爾大學的劉群博士、黃清秋、郝權博士，生物物理所的畢汝昌研究員、遺傳所的朱立煌研究員、清華大學的吳嘉煒博士。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完成。

正如動物和人類的抗病能力一樣，植物在長期的演化過程中，也形成了許多抵抗病原生物侵襲的能力和特性，其中包括植物自身的抗病性。早在100多年前，人們就觀察到對植物接種致病菌及一些病菌產物可以使植物產生對相關病害的抗病作用。自20世紀50年代以來，人們陸續發現真菌、細菌、病毒可誘導煙草、蠶豆、豇豆等多種植物產生抵抗病菌的能力，現代科學研究也說明植物自身具有抗病系統。

2002年同樣發表于《Nature》雜志上的文章就報道了植物病原體防御機制的分子基礎，麻省總醫院的研究人員發現植物有著高效而復雜的免疫系統。作用類似人體肌膚的厚厚的表皮細胞壁就是它們的第一道防線。如果病原體能夠穿越這道天然屏障，如通過傷口侵入細胞，病原體通常也會被植物細胞表面或內部的受體識別出來。富含亮氨酸重復單位（Leucine-rich repeat ，LRR)的受體激酶就是植物中最具代表性的病原體識別受體之一。

而在這篇新發表的文章中，研究人員利用蛋白質晶體學、生物化學和遺傳學的方法，研究了番茄中的抗性蛋白-蛋白激酶Pto與丁香假單胞桿菌中的效應蛋白AvrPto的復合物，從分子水平上揭示了細菌效應蛋白AvrPto激活植物免疫系統的結構基礎。這對深入探討植物如何識別病原菌的效應蛋白啟動防御反應、限制病原菌繁殖的復雜抗病機制有重要的意義。

在這個過程中，研究人員運用克隆、表達和純化技術制備了AvrPto-Pto復合物，并首次生長出合適的晶體，然后用MAD方法測定了其晶體結構。該復合物的晶體結構揭示了AvrPto Pto 相互作用通過兩個界面調節。遺傳學與生物化學實驗表明AvrPto通過解除Pto 對防御的抑制作用而引起抗病反應。生化實驗研究結果顯示AvrPto的活性loop 的磷酸化對Pto識別AvrPto 具有非常重要的調節作用。結構比對表明AvrPto 作為Pto 的假底物與Pto 結合，AvrPto可能是Pto 激酶的抑制劑。生化實驗進一步證明：在體外，AvrPto 的確可以抑制Pto 的激酶活性，提示AvrPto 在易感的植物內通過抑制蛋白激酶的活性發揮其毒性功能，而Pto 可能進化來模擬AvrPto 的毒性目標從而阻斷其毒性功能。

附：
柴繼杰 博士，研究員
E-mail：chaijijie@nibs.ac.cn

教育經歷：

1987年 大連輕工業學院化學工程系學士

1997年 中國協和醫科大學藥物分析學博士

工作經歷

2004 中國北京生命科學研究所工作

1999 美國普林斯頓大學分子生物學系做博士后

1997-1999 中國科學院生物物理研究所做博士后

研究概述：

本實驗室關注并研究在生物學及藥學應用中的重要大分子的結構與功能。主要通過蛋白晶體衍射的方法及一些生物、生化方面的手段闡述這些生物大分子在結構和功能上的聯系。我們并不局限于已建立的研究框架，擬與北京生命科學研究所的其他研究小組合作，在今后的工作中開展一些聯合研究項目。

一個正進行的研究方向將關注專職吞噬細胞（professional phagocytes）對調亡細胞的識別途徑。近十年來大量的工作已對調亡調控的機制做了詳盡的研究。相對的，在細胞調亡后如何去除調亡的細胞殘體的問題并沒得到關注。（此問題并不是不重要）如果在此環節出現問題將造成炎癥反應的異常持續和自身免疫的出現。在吞噬細胞消除調亡的細胞體的過程中，第一步反應是調亡的細胞體和處于調亡過程中的細胞表面出現如磷脂酰絲氨酸（PS）等可被各種吞噬細胞上的受體識別的發出“eat-me”信號的信號分子。近年來的研究發現這一識別過程并不僅僅是此類信號分子與吞噬細胞受體的簡單結合。實際上，一類可被其他吞噬細胞的受體識別的橋聯分子（bridging molecule）如Annexin I（Anx I）也參與了識別過程。除此，我們還將對“don’t-eat-me”信號的識別機制及溶血磷脂酰膽堿（LPC）等“find-me”信號的產生和調控機制進行研究。前者存于正常細胞，保證這些非調亡的細胞不被錯誤吞噬；后者為調亡細胞所產生。

是本實驗室的另一個研究目標是吞噬細胞識別和吞噬調亡細胞的信號調控的分子機制。前人在線蟲（C. elegans）的遺傳學篩選工作中發現七個基因產物分別隸屬于兩條功能上冗余的信號轉導系統參與了清除調亡細胞體過程。其中一條信號系統為CED-2/ced-5/CED-12/CED10，這條信號系統保守的存于哺乳類中，其同源信號系統為CrkII/Dock180/ELMO/RAC，我門將從蛋白三維結構的尺度研究這條信號系統的活化和調控機制。

相關閱讀：863計劃最新成果登上《自然》