研究發(fā)現(xiàn)蛋白酶水解細菌受體的過程和適應意義

作為一種單細胞生物，革蘭氏陰性細菌在感知外界刺激的過程中，主要利用細胞內(nèi)膜上的受體監(jiān)測環(huán)境信號。其中，受體組氨酸激酶以蛋白可逆磷酸化方式（磷酸化－脫磷酸化）完成環(huán)境信號的跨膜傳遞和信號轉(zhuǎn)導，發(fā)揮著類似高等動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用，因而被科學家們形象地稱為細菌的“智商（IQ）”。最近，中國科學院微生物研究所錢韋研究組在國際上率先發(fā)現(xiàn)細菌周質(zhì)空間蛋白酶以不可逆、高度特異的方式修飾細菌的“IQ”，促進細菌抗逆脅迫水平。研究成果“Proteolysis of histidine kinase VgrS inhibits its autophosphorylation and promotes osmostress resistance in Xanthomonas campestris”發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）期刊上。

在病原細菌——野油菜黃單胞菌感染植物的過程中，有一個名為VgrS的受體組氨酸激酶發(fā)揮著關(guān)鍵作用。VgrS感知寄主體內(nèi)由固有免疫反應產(chǎn)生的缺鐵環(huán)境，調(diào)節(jié)病原細菌從寄主中爭搶和吸收鐵的過程。因此，VgrS突變或失活后會導致細菌鐵代謝紊亂，致病力嚴重下降（Wang et al， 2016. PLoS Pathogens）。然而，VgrS的功能具有兩面性。這項研究發(fā)現(xiàn)：當細菌面對高滲脅迫時，VgrS信號通路的激活會嚴重阻礙細菌的生長。為了迅速淬滅該通路，細菌周質(zhì)空間內(nèi)的蛋白酶Prc結(jié)合到VgrS位于氨基端的信號感知區(qū)域，隨即以一種“掐頭不去尾”的方式，特異性切割前9位氨基酸并且抑制VgrS的激酶活性。VgrS被Prc特異性切割失活是細菌對抗高滲脅迫的前提條件。該研究從遺傳學、酶學和生物物理學方面提出了充分的證據(jù)，證明上述過程對于細菌適應脅迫環(huán)境的重要意義。同時，研究結(jié)果也提示：以病原細菌的重要受體作為分子作用藥靶時，在特定生存環(huán)境中反而有可能提高細菌的適應能力，對此必須進行更全面、深入的研究。

微生物所助理研究員鄧超穎和博士研究生張煥是這項研究的共同**作者。研究獲得中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）、國家自然科學基金面上項目和植物基因組學國家重點實驗室的資助。微生物所研究員高福、陶勇和溫廷益對蛋白酶切割實驗提出了寶貴的建議。