您当前的位置: 首页 > 养生

邵峰博士863课题文章发现新炎症通路

2018-11-30 19:20:24

邵峰博士863课题文章发现新炎症通路

生物通报道,北京生命科学研究所邵峰博士实验室首次发现肺炎军团菌通过其四型分泌系统,胞注入一个新的能激活宿主中具有抗凋亡作用的NF-κB免疫炎症调节信号通路及其具体分子作用机制。文章A Legionella type IV effector activates the NF-κB pathway by phosphorylating the IκB family of inhibitors登PNAS。

这是邵峰博士本年度所发的第二篇PNAS,今年2月,邵峰博士实验室在Proc Natl Acad Sci USA杂志发表题为题为“A bacterial type III effector family uses the papain-like hydrolytic activity to arrest the host cell cycle”的文章。该文章报道了许多病原细菌通过其三型分泌系统向宿主细胞注入一类全新的类巯基蛋白酶的效应分子进而引起宿主细胞周期的阻断。

肺炎军团菌(Legionella pneumophila)感染肺泡巨噬细胞,并在宿主细胞内大量繁殖和裂解细胞,随后扩散侵袭其它的巨噬细胞产生新一轮的感染终引发严重的肺炎。肺炎军团菌通过其四型分泌系统分泌毒力效应蛋白分子进入宿主细胞内,进而阻断或调节宿主免疫防御相关的信号通路。目前关于肺炎军团菌四型分泌系统效应蛋白直接调节宿主免疫信号通路的研究还鲜有报道。

邵峰小组在这篇文章中筛选了100多个可能的军团菌四型分泌系统效应蛋白,发现其中只有一个叫做LegK1的蛋白,在导入真核细胞后显示出非常强的激活NF-κB信号通路的活性。同时,LegK1对其它包括MAPK激酶和干扰素(IFNb)在内的相关免疫信号通路没有激活作用。LegK1编码了一个类真核的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶。作者也证明了LegK1的激酶活性对激活NF-κB信号通路是必不可少的,并且LegK1确实能通过肺炎军团菌四型分泌系统被注入到宿主巨噬细胞内。IKK激酶复合物介导的IκB家族蛋白的磷酸化是NF-κB信号通路激活的关键步骤。邵峰小组通过RNA干扰的方法发现knockdown 诸多已知的IKK上游的信号分子对LegK1激活NF-κB信号通路没有影响。作者进一步发现LegK1在IKK遗传缺失的细胞中仍然能够激活NF-κB信号通路。这些结果在后续的基于细胞提取物的无细胞体系重组实验中也得到了验证。深入的生物化学研究表明LegK1能够和宿主中的IKK激酶一样直接磷酸化IκBa蛋白的32位和36位的丝氨酸,从而导致IκBa的泛素化和降解,进而释放NF-κB进入细胞核内并激活转录。有趣并值得注意的是,NFκB2(也叫p100)蛋白在生化上也属于IκB家族,同样受IKK磷酸化调节,但NFκB2介导的是与天然免疫不相关的非经典NF-κB信号通路。作者发现LegK1也能磷酸化NFκB2并直接诱导其成熟为活性形式的p52蛋白。根据上述实验结果,作者认为肺炎军团菌四型分泌系统效应蛋白LegK1是模拟了宿主的IKK激酶来激活宿主的NF-κB信号通路,并进一步推测这种激活作用可能起到了抗凋亡作用使得宿主细胞在感染后不会立刻启动具有保护性的凋亡程序。

这篇文章不仅揭示了肺炎军团菌如何通过其四型分泌系统来调节宿主NF-κB免疫信号通路的具体分子作用机制,同时LegK1也是目前为止个报道的能直接激活宿主NF-κB信号通路的病原菌效应蛋白分子。

我所与北京师范大学联合培养的博士研究生葛建宁和徐浩为本文共同作者;其他参与此项工作的还有,李霆博士,周艳(研究生),张志斌(研究生),李珊(研究生),柳丽萍(技术员);邵峰博士为本文通讯作者。

此项研究为科技部863和北京市科委资助课题,完全在北京生命科学研究所完成。

生物通推荐原文检索

A Legionella type IV effector activates the NF-κB pathway by phosphorylating the IκB family of inhibitors

【Abstract】

Abstract

NF-κB is critical in innate immune defense responses against invading microbial pathogens. Legionella pneumophila infection of lung macrophages causes Legionnaire's disease with pneumonia symptoms. A set of NF-κB-controlled genes involved in inflammation and anti-apoptosis are up-regulated in macrophages upon L. pneumophila infection in a Legionella Dot/Icm type IV secretion system-dependent manner. Among ≈100 Dot/Icm substrates screened, we identified LegK1 as the sole Legionella protein that harbors a highly potent NF-κB-stimulating activity. LegK1 does not affect MAPK and IFN pathways. Activation of the NF-κB pathway by LegK1 requires its eukaryotic-like Ser/Thr kinase activity and is independent of upstream components in the NF-κB pathway, including TRAFs, NIK, MEKK3, and TAK1. Cell-free reconstitution revealed that LegK1 stimulated NF-κB activation in the absence of IKKα and IKKβ, and LegK1 efficiently phosphorylated IκBα on Ser-32 and Ser-36 both in vitro and in cells. LegK1 seems to mimic the host IKK as LegK1 also directly phosphorylated other IκB family of inhibitors including p100 in the noncanonical NF-κB pathway. Phosphorylation of p100 by LegK1 led to its maturation into p52. Thus, LegK1 is a bacterial effector that directly activates the host NF-κB signaling and likely plays important roles in modulating macrophage defense or inflammatory responses during L. pneumophila infection.

邵峰实验室简介

验室研究兴趣主要在于研究细菌病原体和宿主细胞相互作用过程中的生物化学机制,研究目标是希望能够发现病原体在抑制真核宿主细胞免疫信号系统中一些新的作用方式,以帮助我们理解相关病原菌的致病机理。实验室的一个研究方向是研究志贺氏痢疾杆菌是如何通过分泌各种效应分子进入真核宿主体内进而干扰宿主的免疫防御机制。从研究志贺氏痢疾杆菌致病的分子机制出发,实验室在近的研究中发现并定义了一类广泛存在于多种细菌病原体(包括志贺氏痢疾杆菌)中新的磷酸化苏氨酸裂解酶。这种酶能够特异识别并不可逆地“去磷酸化”宿主的MAPK激酶。这种全新的酶学活性和共价修饰使得这些病原菌在感染后能够迅速和有效地抑制真核宿主的MAPK激酶介导的免疫信号通路。目前,实验室也在集中研究其它几个志贺氏痢疾杆菌效应分子的生化和生物学功能。实验室希望通过结合多种生物化学和细胞生物学的手段来研究并阐明这些效应分子是如何协同作用以及它们在志贺氏痢疾杆菌感染和致病过程中所扮演的角色。同时,本实验室对蛋白质泛素化及泛素降解通路在细胞周期,细胞增殖以及肿瘤形成过程的作用感兴趣。近的研究结果表明一类含有BTB结构域的蛋白可能作为一种由CUL3组装的新的泛素E3连接酶复合物的特异性连接分子。目前的研究工作集中在验证这些新的BTB蛋白能够通过CUL3依赖性的泛素化通路调节细胞周期和细胞增殖并阐明其机制。后续的工作将进一步研究这些新的蛋白降解通路在某些肿瘤细胞增殖中所起的作用。

代表文章

1. Zhu Y., Li H., Hu L., Wang, J., Zhou Y., Pang Z., Liu L., Shao F. (2008) Structure of a Shigella effector reveals a new class of ubiquitin ligases. Nature Structural Molecular Biology, Advance online publication, doi:10.1038/nsmb.1517

2. Shao F. (2008) Biochemical functions of Yersinia type III effectors. Current Opinion in Microbiology, 11, (invited review).

3. Zhang J., Shao F., Li Y., Cui H., Chen L., Li H., Zou Y., Long C., Lan L., Chai J., Chen S., Tang X., Zhou J. M. (2007) A Pseudomonas syringae effector inactivates MAPKs to suppress PAMP-induced immunity. Cell Host Microbe, 1, .

4. Zhu Y, Li H, Long C, Hu L, Xu H, Liu L, Chen S, Wang DC, and Shao F. Structural Insights into the Enzymatic Mechanism of the Pathogenic MAPK Phosphothreonine Lyase. Molecular Cell, 2007 Dec 14; 28(5):. Epub 2007 Nov 29.

5. Li, H., Xu H., Zhou Y., Zhang J., Long C., Li S., Chen S., Zhou J. M., Shao, F. The phosphothreonine lyase activity of a bacterial type III effector family. Science. 2007; 315: .

6. Alto N. M., Shao F., Lazar C. S., Brost R. L., Chua G., Mattoo S. M., McMahon S. A., Ghosh P., Hughes T. R., Boone C., Dixon J. E.. Identification of a bacterial type III effector family with G-protein mimicry functions. Cell. 2006; 124, .

7. Zhu M., Shao F., Innes R.W., Dixon J. E., Xu Z.. The crystal structure of Pseudomonas avirulence protein AvrPphB: a papain-like fold with a distinct substrate-binding site. Proc. Natl. Acad. Sci.. 2004; 101: .

8. Shao F., Golstein C., Ade J., Stoutemyer M., Dixon J. E., Innes R. W. Cleavage of Arabidopsis PBS1 by a bacterial type III effector. Science. 2003; 301: .

9. Shao F., Vacratsis P. O., Bao Z., Bowers K. E., Fierke C. A., Dixon J. E.. Biochemical characterization of the Yersinia YopT protease: cleavage site and recognition elements in Rho GTPases. Proc. Natl. Acad. Sci.. 2003; 100: .

10. Shao F., Merritt P. M., Bao Z., Innes R. W., Dixon J. E.. A Yersinia effector and a Pseudomonas avirulence protein define a family of cysteine proteases functioning in bacterial pathogenesis. Cell. 2002; 109: .

便携式光谱仪
玻璃棉保温板
洒水车配件
推荐阅读
图文聚焦