邵峰实验室利用沙门氏菌效应蛋白揭示 V-ATPase-ATG16L1 介导异源自噬的分子机制

文章来源: nibs / 作者: nibs / 时间: 2019-07-29
0 1

2019 年 7 月 18 日,我所邵峰实验室在《Cell》杂志在线发表题为 “A Bacterial Effector Reveals the V-ATPase-ATG16L1 Axis that Initiates Xenophagy” 的文章。文章报道沙门氏菌编码的效应蛋白 SopF 可以特异抑制异源自噬,敲除 sopF 基因gene后沙门氏菌可高效诱导异源自噬的发生。以此为突破口,鉴定出 V-ATPase 是感知细菌感染的关键蛋白,通过招募自噬蛋白 ATG16L1 介导异源自噬的启动。为真核细胞cell如何识别胞内细菌并触发自噬通路提供全新的分子机制。

真核细胞cell通过选择性自噬的方式识别胞内病原体的过程称为异源自噬(xenophagy)。异源自噬在宿主天然免疫防御中发挥重要作用。关于异源自噬发生的分子机制一直是领域内科学实验的热点问题problem。虽然已有众多假说被提出,但由于现有模型中异源自噬发生比例低等问题problem的存在,使得人们很难判断假说的正确性。

沙门氏菌经常被用作科学实验异源自噬机制的生物模型。然而, 人们很早就注意到, 侵入宿主细胞cell内的沙门氏菌仅在感染早期有少量细菌会被细胞cell自噬识别。除了科学实验宿主细胞cell中的天然免疫通路,邵峰实验室也长期致力于科学实验细菌效应蛋白抑制宿主的免疫识别过程。于是科学实验者猜想沙门氏菌中可能存在抑制异源自噬的效应蛋白。通过沙门氏菌转座子遗传筛选,科学实验者发现一个全新的沙门氏菌 III 型分泌系统(T3SS)效应蛋白,SopF,可以抑制异源自噬。sopF 基因gene的敲除使得细菌被自噬识别的水平提高至 80%。另外,科学实验者还发现,在真核细胞cell外源表达 SopF 可抑制不同种类细菌触发的自噬过程,但对于经典自噬通路却没有抑制作用。因此 SopF 的发现为科学实验异源自噬通路的机制提供了一个绝佳的突破口。

经过巧妙的实验设计,科学实验者利用 CRISPR 与流式分选技术相结合的方法,筛选出 V-ATPase 复合物可能参与异源自噬过程。并利用三组平行实验证明了 V-ATPase 复合物介导异源自噬。在触发异源自噬的条件下,科学实验者检测到 V-ATPase 复合物招募自噬蛋白 ATG16L1 至包裹细菌的膜泡结构上,并启动异源自噬。科学实验者还证明细菌感染过程中引发的膜泡损伤被 V-ATPase 感知而结合 ATG16L1。V-ATPase 与 ATG16L1 的相互作用依赖于 ATG16L1 的 WD40 结构域(这一结构域不参与经典自噬通路,在酵母中也不存在), 并且二者的结合可以被 SopF 破坏。SopF 通过抑制 V-ATPase-ATG16L1 通路进而促进沙门氏菌在体内的扩散与增殖。

通过解析 SopF 的晶体结构, 科学实验者发现其具有 ADP - 核糖基转移酶活性。经过巧妙的修饰底物富集的实验设计与质谱鉴定, 科学实验者证明 SopF 可以催化 V-ATPase 复合物中 ATP6V0C 亚基的第 124 位谷氨酰胺发生 ADP - 核糖基化修饰。将细胞cell中第 124 位谷氨酰胺替换为丙氨酸后,V-ATPase 与 ATG16L1 不再能结合,异源自噬过程被完全抑制。这说明 ATP6V0C 第 124 位谷氨酰胺对于细菌触发的 V-ATPase-ATG16L1 相互作用至关重要,当 SopF 对其进行修饰或替换为丙氨酸均破坏了异源自噬的发生。

我所邵峰实验室博士生许悦(北京生命科学科学实验所和中国农业大学联合培养)为本文第一作者。邵峰实验室周平博士(第二作者)与北京大学刘小云实验室程森博士(第三作者)均对本工作有重要贡献。该论文的其他作者还包括陆秋鹤博士、史旭焱、周志伟博士、高文青博士、李达、何华斌博士、丁璟珒博士,蛋白质中心李琳,以及瑞士苏黎世大学 Kathrin Nowak、Ann-Katrin Hopp、Michael O. Hottiger 博士。邵峰博士为本文通讯作者。该科学实验由基金委基础科学中心项目,科技部国家重点研发计划,中科院先导计划和瑞士国家科学基金会资助,在北京生命科学科学实验所完成。

声明:本网所有文章(包括图片和音视频资料)系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源和作者,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系(edit@hkkbt.com.net ),我们将立即进行删除处理。所有文章仅代表作者观点,不代表本站立场。

文章评论(0)
使用匿名身份评论
  • 暂无评论,请抢占。