[交大智慧] 生命科學技術學院董濤團隊在Nature Communications發表Ⅵ型蛋白分泌系統合成機制新進展
          發布時間 :2020-12-30  閱讀次數 :939

          近日,上海交通大學生命科學技術學院、微生物代謝國家重點實驗室董濤團隊揭示了細菌Ⅵ型蛋白分泌系統(T6SS)的合成調控新機制。該研究發現霍亂弧菌中跨膜蛋白TssM和伴侶蛋白TssA-TagA對T6SS管狀結構的合成起到關鍵的協同控制作用,相關成果以“TssA–TssM–TagA interaction modulates type VI secretion system sheath-tube assembly in Vibrio cholerae”為題發表于Nature Communications雜志上。上海交通大學博士研究生梁小夜和李浩為共同作者,生命科學技術學院董濤研究員為通訊作者。本研究闡明的T6SS合成機制是董濤團隊自2019年11月在PNAS和2020年2月在Nature Microbiology, 以及2020年4月在Nature Communications上發表的關于T6SS分泌蛋白作用機制的延續和補充,從T6SS管狀結構合成的角度推動了該領域對T6SS作用機制的理解和研究。

          T6SS是一種廣泛存在于病原細菌中并在微生物競爭中發揮重要作用的細菌的武器。它的典型特征是在細菌內部合成的長約1微米的管狀結構。該結構由內外雙層管組成,一端被錨定在跨膜結構復合物上,該復合物由多個蛋白組成并跨越內外膜(圖1a)。外管結構類似于彈簧,可以在2毫秒內收縮至原長的一半,并同時將內管彈射至細胞外。這個過程釋放的能量相當于1000個ATP分子的水解能,其作用力可使內管直接穿透受體細菌的細胞內外膜和細胞壁,深入到細胞質中。然而,T6SS的合成和收縮機制一直是領域內關注但尚未解決的重要問題。

           

          圖1. T6SS sheaths assemble in membrane complex and baseplate mutants

          2016年,Cascales教授在一篇發表于Nature的文章中提出了由TssA為關鍵合成起始因子的T6SS組裝模型。隨后,在2018年該團隊在Nature Microbiology上提出了由TagA為關鍵終止因子的T6SS合成模型。因此,TssA-TagA這對含有ImpA_N結構域的同源蛋白被領域內認為在T6SS合成中發揮了重要的起始和終止作用。然而,董濤團隊的最新研究發現仍有一系列的現象無法被該模型解釋。這些現象主要包括:在敲除了tssA基因的突變體內,如果同時缺失tagA或者誘導表達內膜蛋白TssM,會重新刺激細菌合成T6SS管狀結構; 誘導表達TssA可以抑制T6SS結構蛋白的非正常聚集;而誘導表達TagA會抑制T6SS的正常合成。通過創新性的構建和運用一系列T6SS結構蛋白基因敲除突變體和T6SS不可收縮模型,作者成功地將T6SS合成的起始過程和延伸過程區分開,并且在缺失了跨膜結構基因的突變體中仍然發現有T6SS的管狀結構合成。這些發現明確顯示了現有模型的缺陷。通過對TssM、TssA和TagA的功能進行細致的生化和遺傳研究,作者提出了一個由TssM-TssA-TagA共同控制T6SS合成的新模型。

           

          圖2. TssA–TagA–TssM regulates priming and termination of the T6SS assembly

          最后,本項工作還對T6SS這一廣泛分布并可作用于真核和原核細胞的重要武器的來源進行了探討。T6SS跨膜蛋白復合物中的TssM和TssL蛋白與IV蛋白分泌系統(T4SS)的膜蛋白同源,而T6SS的管狀結構與噬菌體的可收縮尾管同源。這項研究發現,在特定條件下T6SS的管狀結構可以不依賴于跨膜蛋白復合物而獨立合成。因此,通過這項研究我們還可以看到在漫長的進化過程中細菌整合T6SS時留下的T4SS和噬菌體的痕跡或影子。

          該研究獲國家自然科學基金委面上項目(31770082)等項目的支持。

          文章鏈接: http://www.nature.com/articles/s41467-020-18807-9

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