導讀
? ? ? ?近日，深圳灣實驗室坪山生物醫(yī)藥研發(fā)轉化中心與北京大學深圳研究生院合作，在《自然》子刊《通訊-生物學》（Communications Biology）發(fā)表了題為“Substrate-binding destabilizes the hydrophobic cluster to relieve the autoinhibition of bacterial ubiquitin ligase IpaH9.8”的研究論文，介紹了在細菌E3酶的激活機制研究中取得的新進展。該研究以志賀氏菌E3酶IpaH9.8為研究對象，通過解析IpaH9.8全長蛋白的晶體結構及其與底物蛋白hGBP1復合物的晶體結構，闡明了IpaH9.8自抑制機制和底物誘導的激活機制。
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? ? ? ?近日，深圳灣實驗室坪山生物醫(yī)藥研發(fā)轉化中心與北京大學深圳研究生院合作，在《自然》子刊《通訊-生物學》（Communications Biology）發(fā)表了題為“Substrate-binding destabilizes the hydrophobic cluster to relieve the autoinhibition of bacterial ubiquitin ligase IpaH9.8”的研究論文，介紹了在細菌E3酶的激活機制研究中取得的新進展。該研究以志賀氏菌E3酶IpaH9.8為研究對象，通過解析IpaH9.8全長蛋白的晶體結構及其與底物蛋白hGBP1復合物的晶體結構，闡明了IpaH9.8自抑制機制和底物誘導的激活機制。
? ? ? ?IpaH家族蛋白是一類來源于革蘭氏陰性菌的E3泛素連接酶，由N端T3SS信號序列、負責結合底物的LRR結構域、以及具有E3酶功能的C端保守NEL結構域三部分組成。這類E3酶能夠通過劫持宿主的泛素-蛋白酶體信號通路來抑制宿主炎癥和內(nèi)源性免疫應答反應，從而促進感染過程。在宿主細胞中，為了避免自我泛素化而被宿主的泛素系統(tǒng)降解，或者避免產(chǎn)生游離態(tài)的Ub鏈進而激活宿主免疫反應，IpaH蛋白在沒有底物時，通常處于自抑制狀態(tài)。IpaH9.8是志賀氏菌中分泌的E3酶，能靶向泛素化降解宿主細胞中的NEMO（NF-κB 調(diào)節(jié)器）、GBP1（鳥苷酸結合蛋白1）等蛋白，進而影響宿主的免疫應答。在本研究中，作者通過解析IpaH9.8的晶體結構，并結合系列突變和體外泛素化實驗，發(fā)現(xiàn)并證明了LRR結構域C端的Hydrophobic Cluster（疏水團簇）對穩(wěn)定IpaH9.8的自抑制狀態(tài)起著重要作用（圖1）。
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圖1 IpaH9.8-LRR結構域C端的Hydrophobic Cluster對于IpaH9.8自抑制起重要作用
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? ? ? ?隨后，作者解析了IpaH9.8的LRR結構域與底物蛋白hGBP1的復合物晶體結構，并與IpaH9.8的結構進行了比較分析（圖2）。
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圖2 IpaH9.8LRR-hGBP1復合物結構與IpaH9.8結構的比較
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? ? ? ?通過不同狀態(tài)下的IpaH9.8的LRR結構域的結構比較，作者發(fā)現(xiàn)底物結合之后會引起LRR結構域的C端有顯著的構象變化，破壞Hydrophobic Cluster的穩(wěn)定性，進而釋放NEL結構域并激活IpaH9.8。不同狀態(tài)下LRR結構域的歸一化B-factor以及相應Hydrophobic Cluster所形成的疏水腔的大小均證實了這一觀點（圖3）。
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圖3 底物結合能夠使IpaH9.8-LRR結構域C端的Hydrophobic Cluster不穩(wěn)定
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? ? ? ?實際上，LRR結構域上底物結合的區(qū)域與C端的Hydrophobic Cluster并不重合（圖2），那么為什么底物的結合能夠使C端的Hydrophobic Cluster變得不穩(wěn)定呢？帶著這個問題，作者重點研究了LRR結構域C末端的不同區(qū)域在底物結合之后的構象變化，發(fā)現(xiàn)R166和F187兩個氨基酸在底物結合過程中同樣扮演了底物傳感器的角色（圖4）。
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圖4? 位于IpaH9.8-LRR結構域上的R166和F187能夠響應IpaH9.8的底物來臨狀態(tài)，發(fā)揮著類似“分子傳感器”的作用
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圖5 IpaH9.8底物結合誘導的激活機制模型
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? ? ? ?深圳灣實驗室坪山生物醫(yī)藥研發(fā)轉化中心生物部蛋白質(zhì)工程平臺負責人葉宇鑫博士和北京大學深圳研究生院結構生物學與藥物開發(fā)實驗室黃昊研究員為該論文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、廣東省自然科學基金以及深圳市科創(chuàng)委基金的支持。
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