致病菌利用III型分泌系统将受体蛋白传递到宿主细胞中,调节宿主的信号传递途径。
2007年2月16日,北京生命科学研究所邵峰博士实验室在科学(Science) 杂志上发表题为 “The Phosphothreonine Lyase Activity of a Bacterial Type III Effector Family” 的文章。该文章报道了来源于多种三型分泌系统致病病原菌的一个效应分子家族,这类效应分子通过一种新的磷酸化苏氨酸裂解酶(Phosphothreonine Lyase)的活性,能够特异性地、不可逆地去磷酸化宿主MAPK激酶并使其失活。
通过所谓的三型分泌系统分泌效应分子进入真核宿主体内,进而阻断或调节宿主免疫相关的信号通路是许多革蓝氏阴性病原菌普遍采用的致病机制。寻找这些效应分子在宿主细胞中的靶蛋白并阐明其作用于靶蛋白及相关信号通路的生物化学机理对于我们认识病原菌致病机理和建立有效防治手段有着重要的意义。同时,这也可能促进我们对真核细胞本身的信号转导机制的进一步理解。 在这篇文章里,作者首先发现了一类高度保守的,既存在于动物病原菌[包括导致痢疾的志贺氏痢疾杆菌(shigella)和沙门氏菌(Salmonella) ],同时也存在于能够感染植物的假单胞杆菌(Pseudomonas syringae)中的三型分泌系统效应分子。通过对其中志贺氏痢疾杆菌来源的OspF效应分子的深入研究,作者发现OspF效应分子直接作用于真核宿主体内的,并且能够抑制MAPK激酶通路的激活。进一步的生化研究发现OspF具有全新的磷酸化苏氨酸裂解酶的活性, 这种酶活能够使OspF不可逆地“去磷酸化”MAPK激酶并使之失活。作者在文章中又证明了OspF效应分子家族都普遍具有这种MAPK激酶特异性的磷酸化苏氨酸裂解酶活性并探讨了可能的催化位点。
邵峰博士(本文通讯作者)说:“我们的发现不仅揭示了一种在动植物界都保守的致病病原菌拮抗真核宿主细胞免疫信号通路的机理, 但更为重要的是, 这种机理是由一种全新的酶学活性来完成的,并且突破了二十多年来关于蛋白质磷酸化和去磷酸化是可逆调节的认识”。
邵峰博士于1996年毕业于北京大学,2003年获美国密执安大学博士学位, 2005年7月应聘为研究所研究员并开始筹建实验室。此项工作从起始到论文发表,全部在研究所完成。对他在如此短的时间内所获得的进展, 邵峰博士指出:“研究所为大家提供了一个最佳的科研环境。”
李洪涛博士,徐浩(技术员)和周艳(本科实习生)为本文共同第一作者;其他参与此项工作的还有,张杰(在读博士生),龙承祖(技术员),李素芹(技术员),陈涉(蛋白质组中心)和周俭民博士。
此项研究为科技部863和北京市科委资助课题。
原始出处:
Science 315 (5814): 1000-1003
The Phosphothreonine Lyase Activity of a Bacterial Type III Effector Family
Hongtao Li,* Hao Xu,* Yan Zhou,* Jie Zhang, Chengzu Long, Shuqin Li, She Chen, Jian-Min Zhou, Feng Shao
Abstract: Pathogenic bacteria use the type III secretion system to deliver effector proteins into host cells to modulate the host signaling pathways. In this study, the Shigella type III effector OspF was shown to inactivate mitogen-activated protein kinases (MAPKs) [extracellular signal–regulated kinases 1 and 2 (Erk1/2), c-Jun N-terminal kinase, and p38]. OspF irreversibly removed phosphate groups from the phosphothreonine but not from the phosphotyrosine residue in the activation loop of MAPKs. Mass spectrometry revealed a mass loss of 98 daltons in p-Erk2, due to the abstraction of the proton concomitant with cleavage of the C-OP bond in the phosphothreonine residue. This unexpected enzymatic activity, termed phosphothreonine lyase, appeared specific for MAPKs and was shared by other OspF family members.
National Institute of Biological Sciences, Beijing, 102206, China.
* These authors contributed equally to this work.