《分子细胞》—邵峰小组—病原菌和酶研究

2007年11月29日，北京生命科学研究所邵峰博士实验室在《分子细胞》（Molecular Cell）杂志上在线发表(Immediate Online Publication)题为Structural Insights into the Enzymatic Mechanism of the Pathogenic MAPK Phosphothreonine Lyase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具有新的磷酸化苏氨酸合酶（MAPK Phosphothreonine Lyase）效应分子家族的底物复合物结构、底物识别和酶学催化机制以及可能的小分子药物设计路线。
 
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。在今年初的Science文章里，邵峰博士实验室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，他们发现OspF效应分子家族直接作用于并抑制真核宿主体内的MAPK激酶。这种抑制作用是通过一种全新的磷酸化苏氨酸裂合酶的活性实现对MAPK激酶不可逆地“去磷酸化”。
 
在这篇文章中，作者结合了结构生物学、生物化学和酶学等多种手段，首先阐明了磷酸化苏氨酸裂合酶对MAPK激酶底物的识别模拟了真核宿主细胞中通用的MAPK docking作用方式；通过对酶和底物的结构测定和分析，作者发现这类酶采取了一种前所未有的结构模式，但采取同样的方式特异性的识别底物的两个磷酸基团。这种识别依赖于底物的构象变化，从而揭示了其对不同MAPK激酶的活性差异并暗示p38 MAPK激酶应该是该病原菌效应分子在感染致病过程中的首选目标。进一步基于结构的酶学和生化分析发现并验证了该酶利用一个保守的赖氨酸作为催化碱来起始催化过程和另一个保守的组氨酸作为催化酸来稳定反应过渡态并参与实现磷酸基团的离去。
 
邵峰博士（本文通讯作者）说：“我们的发现不仅从原子水平阐明了这种在动植物界高度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，为设计抗感染小分子药物提供了依据和可能性，但更为重要的是， 我们的研究结果还揭示了一种意想不到的全新的酶学催化机制，丰富了人们对蛋白质酶学的认识。
 
朱永群（生物物理所联合培养博士生）、李洪涛博士和龙承祖（技术员）为本文共同第一作者；其他参与此项工作的还有，胡丽燕（技术员）、徐浩（技术员）、柳丽萍（技术员）；陈涉（蛋白质组中心）和王大成研究员（生物物理所）为本文共同通讯作者。
 
此项研究为科技部863和北京市科委资助课题，在北京生命科学研究所邵峰实验室完成。