研究發現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，主要利用細胞內膜上的受體監測環境信號。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）完成環境信號的跨膜傳遞和信號轉導，發揮著類似高等動物中樞神經系統的作用，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現細菌周質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揮著關鍵作用。VgrS感知寄主體內由固有免疫反應產生的缺鐵環境，調節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。這項研究發現：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，細菌周質空間內的蛋白酶Prc結合到VgrS位于氨基端的信號感知區域，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，證明上述過程對于細菌適應脅迫環境的重要意義。同時，研究結果也提示：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。