我國學(xué)者揭示大腸桿菌抵抗酸刺激新機制
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發(fā)布時(shí)間：2016-11-03
北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院陳鵬課題組利用新開(kāi)發(fā)的“比較蛋白質(zhì)組學(xué)”技術(shù)，揭示了大腸桿菌抵抗酸刺激的新機制。相關(guān)研究成果近期以“Comparative proteomics reveal distinct chaperone-client interactions in supporting bacterial acid resistance（比較蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)揭示細菌抗酸伴侶蛋白的獨特底物）”為題在《美國科學(xué)院院刊》發(fā)表。論文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2016/09/09/1606360113。北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院博士研究生張帥與何丹為該論文的共同第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目（項目編號：2152100005，212250022，913133006）等資助。
腸道病原微生物獨特的抗酸機制使得它們能夠順利通過(guò)人體胃液的強酸環(huán)境，進(jìn)而在腸道造成感染甚至導致人體死亡。HdeA和HdeB是目前在這些病原微生物膜間質(zhì)內發(fā)現的唯一一套抗酸伴侶系統，在許多腸道菌中高度保守。因此，研究它們抵御強酸環(huán)境的機制有助于我們更好地理解這些致病菌與宿主之間的作用關(guān)系。另外，HdeA 和HdeB是典型的“條件無(wú)序”分子伴侶蛋白，利用無(wú)序結構與多種不同的底物蛋白質(zhì)相互作用以發(fā)揮功能，對它們的研究也能幫助我們更好的理解蛋白質(zhì)無(wú)序結構與功能之間的關(guān)系。該課題組一直致力于抗酸伴侶蛋白底物的捕捉與研究。2011年，他們與北京大學(xué)生命科學(xué)院昌增益課題組合作，開(kāi)發(fā)了一種遺傳編碼的蛋白質(zhì)光交聯(lián)探針DiZPK，并以大腸桿菌為模型，成功地捕獲并鑒定了HdeA的底物蛋白，揭示了細菌在抵御酸脅迫過(guò)程中獨特的分子伴侶協(xié)作機制（Nat. Chem. Biol. 2011, 7, 671–677）。
為進(jìn)一步揭示HdeA和HdeB這兩個(gè)看似冗余的分子伴侶如何相互合作以及在保護大量不同底物蛋白的同時(shí)避免非特異性結合的機制，陳鵬課題組將新一代的可切割型光交聯(lián)探針DiZSeK與熒光差異雙向凝膠電泳（2D-DIGE）相結合，發(fā)展了一種名為CAPP-DIGE的“比較蛋白質(zhì)組學(xué)”的策略，實(shí)現了HdeA與HdeB整個(gè)底物蛋白組的直接比較和鑒定。研究結果表明，HdeA與HdeB在活細胞條件下對底物蛋白表現出明顯的差異。研究人員進(jìn)一步發(fā)現，這種差異性來(lái)源于二者對酸刺激的不同響應，使得HdeA和HdeB分別保護了對酸刺激耐受性不同的底物蛋白組。在酸回復過(guò)程中，他們發(fā)現底物在被分子伴侶釋放時(shí)也是受pH調控的，且這種pH 調控的底物釋放過(guò)程保證了底物在酸回復過(guò)程中的有效重折疊。綜合以上研究結果，他們提出了細菌抵御酸脅迫過(guò)程中pH 對分子伴侶底物特異性的調控機制，即pH通過(guò)系統性地調控HdeA 、HdeB以及底物蛋白的折疊狀態(tài)和功能，讓分子伴侶蛋白在不同條件下逐步激活、協(xié)同分工保護不同的客戶(hù)蛋白，同時(shí)保證了底物蛋白在被釋放后有效地進(jìn)行重折疊。這一模型為細菌抵抗酸刺激提供了一種高效、經(jīng)濟、靈活和協(xié)調的蛋白質(zhì)質(zhì)量控制策略。該調控機制很可能也適用于其他的條件無(wú)序分子伴侶系統，而這一新開(kāi)發(fā)的CAPP-DIGE技術(shù)對于利用蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定和比較動(dòng)態(tài)條件下的蛋白-蛋白相互作用及其變化都有著(zhù)廣闊的應用前景。
圖 CAPP-DIGE流程示意圖（A）；HdeA與HdeB協(xié)同抗酸的新機制（B）
