近日，国际微生物学领域权威杂志《分子微生物学》Molecular Microbiology在线刊登了美国威斯康星大学研究人员的最新研究成果“Ubiquitin and ubiquitin-modi？ed proteins activate the Pseudomonas aeruginosa T3SS cytotoxin， ExoU，”，文章中，研究人员首次揭示了铜绿假单胞菌可以利用泛素来作为三型分泌系统毒性因子ExoU的激活剂来激活毒性因子的表达。
病原菌通过形形色色的变化来克服宿主对病原菌的屏障作用，宿主依赖免疫系统来识别并且消灭病原菌，长期以来，病原菌和宿主一直进行着斗争，病原菌在这个过程中变得越来越聪明，它通过调节宿主的分子信号通路，尤其是涉及炎症的通路，同时改变宿主体内蛋白的稳定性来确保其逃逸，不再被宿主的免疫系统识别而最终消灭，这种斗争一直在进行着，微生物进行的泛素化和非泛素化干扰途径被认为是主要的逃逸宿主消灭的机制。
铜绿假单胞菌是来自土壤的一类机会致病菌，这种致病菌可以利用宿主的免疫缺陷或者组织损伤进而感染宿主，并且建立持久的感染过程，尤其是在嗜中性白血球减少症和重度烧伤病人身上建立感染，由于该菌比较强的耐药性致使临床治疗的无奈，铜绿假单胞菌可以引起急性和慢性感染，尤其是在肺纤维囊肿病人身上可以建立长期的慢性感染，对病人的伤害不仅取决于细菌的繁殖情况，而且取决于宿主对于不能清楚的细菌所引起的巨大的炎症反应。
特别值得注意的是，铜绿假单胞菌可以分泌很多组织降解的酶类以及许多改变真核生物生理特性的毒性因子，该菌拥有三型分泌系统(T3SS)，可以在感染的细胞中运输和注入至少四种毒性因子，给细胞内注入ExoS和ExoT两种毒力蛋白可以扰乱细胞的信号通路以及细胞的骨架成分，每种酶都是双功能，而且包含了Rho GTP酶激活蛋白和ADP-核糖基转移酶结构域，ExoY的注入可以导致内皮细胞的接合处的诱导作用，ExoU具有磷脂酶A2的活性；对于ExoS和ExoT而言，它们的激活剂是14-3-3脚手架蛋白的成员，ExoU在超氧化物歧化酶存在下或者SOD1的存在下就可以被激活，ExoY的激活辅因子目前并不清楚，四种酶类和它们的辅助激活因子之间的研究非常少，分子水平上，确定抑制子的发展将依赖于表现激活剂机理的特点。
作者的研究阐释了ExoU被SOD1激活的机制，运用生物化学和蛋白质组学的方法可以确定SOD1是ExoU的激活剂，和ExoS和ExoT的激活剂一样，SOD1在真核生物中也普遍存在，而且在细胞质中浓度很高，SOD1在真核和原核生物中的序列差异说明了原核生物ExoU毒力的特异性，牛SOD1(bSOD1)也可以作为激活剂，但是其激活的能力依赖于组织的起源以及供给量，ExoU激活所需要的bSOD1和重组酵母SOD1（ySOD1）相对较高，但是在动态分析中却是不饱和的，众多数据显示，少量的SOD1分子对于ExoU的激活是必须的。作者在文中指出，他们的研究目的是要确定bSOD1和ySOD1介导的ExoU激活的性质，数据显示，体外ySOD1的翻译后泛素化和单泛素化，包含bSOD1在内，对于ExoU的激活是必不可少的，原核病原菌运用多重机制与真核生物的泛素化系统相互作用，并且调节真核生物的泛素化系统，作者的研究发现“细菌的三型分泌系统利用泛素作为酶活性的激活剂来介导宿主细胞的死亡”成为首次报道细菌可以利用泛素来作为激活剂激活细菌毒性因子的研究。（生物谷：T.Shen编译）
doi:10.1111/j.1365-2958.2011.07904.x
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PMID:
Ubiquitin and ubiquitin-modified proteins activate the Pseudomonas aeruginosa T3SS cytotoxin, ExoU
David M. Anderson1,3,†, Katherine M. Schmalzer1,3,†, Hiromi Sato1,3, Monika Casey3, Scott S. Terhune1,4, Arthur L. Haas5, Jimmy B. Feix2, Dara W. Frank1,3,*
Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic Gram-negative pathogen that possesses a type III secretion system (T3SS) critical for evading innate immunity and establishing acute infections in compromised patients. Our research has focused on the structure–activity relationships of ExoU, the most toxic and destructive type III effector produced by P. aeruginosa. ExoU possesses phospholipase activity, which is detectable in vitro only when a eukaryotic cofactor is provided with membrane substrates. We report here that a subpopulation of ubiquitylated yeast SOD1 and other ubiquitylated mammalian proteins activate ExoU. Phospholipase activity was detected using purified ubiquitin of various chain lengths and linkage types; however, free monoubiquitin is sufficient in a genetically engineered dual expression system. The use of ubiquitin by a bacterial enzyme as an activator is unprecedented and represents a new aspect in the manipulation of the eukaryotic ubiquitin system to facilitate bacterial replication and dissemination.
