研究發(fā)現(xiàn)蛋白酶水解細(xì)菌受體的過程和適應(yīng)意義

作為一種單細(xì)胞生物，革蘭氏陰性細(xì)菌在感知外界刺激的過程中，主要利用細(xì)胞內(nèi)膜上的受體監(jiān)測(cè)環(huán)境信號(hào)。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(hào)的跨膜傳遞和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，發(fā)揮著類似高等動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用，因而被科學(xué)家們形象地稱為細(xì)菌的“智商（IQ）”。最近，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所錢韋研究組在國(guó)際上率先發(fā)現(xiàn)細(xì)菌周質(zhì)空間蛋白酶以不可逆、高度特異的方式修飾細(xì)菌的“IQ”，促進(jìn)細(xì)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(xì)菌——野油菜黃單胞菌感染植物的過程中，有一個(gè)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(yīng)產(chǎn)生的缺鐵環(huán)境，調(diào)節(jié)病原細(xì)菌從寄主中爭(zhēng)搶和吸收鐵的過程。因此，VgrS突變或失活后會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌鐵代謝紊亂，致病力嚴(yán)重下降（Wang et al， 2016. PLoS Pathogens）。然而，VgrS的功能具有兩面性。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)細(xì)菌面對(duì)高滲脅迫時(shí)，VgrS信號(hào)通路的激活會(huì)嚴(yán)重阻礙細(xì)菌的生長(zhǎng)。為了迅速淬滅該通路，細(xì)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(hào)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(xì)菌對(duì)抗高滲脅迫的前提條件。該研究從遺傳學(xué)、酶學(xué)和生物物理學(xué)方面提出了充分的證據(jù)，證明上述過程對(duì)于細(xì)菌適應(yīng)脅迫環(huán)境的重要意義。同時(shí)，研究結(jié)果也提示：以病原細(xì)菌的重要受體作為分子作用藥靶時(shí)，在特定生存環(huán)境中反而有可能提高細(xì)菌的適應(yīng)能力，對(duì)此必須進(jìn)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(xiàng)研究的共同**作者。研究獲得中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和植物基因組學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。微生物所研究員高福、陶勇和溫廷益對(duì)蛋白酶切割實(shí)驗(yàn)提出了寶貴的建議。