一項新的研究成果揭示了細(xì)菌毒性效應(yīng)子抑制細(xì)胞自噬的分子機制，該研究詳細(xì)地闡釋了嗜肺軍團菌（Legionellapneumophila）利用其分泌的毒性效應(yīng)子RavZ切除細(xì)胞自噬的關(guān)鍵蛋白質(zhì)LC3-PE（磷脂酰乙醇胺修飾的LC3蛋白）的分子機制，嗜肺軍團菌利用該機制導(dǎo)致宿主細(xì)胞自噬體無法形成，從而有效地規(guī)避了宿主細(xì)胞的抵御功能。
嗜肺軍團菌是一類革蘭氏陰性菌，一種原發(fā)的人類病原體，是造成肺炎的常見病菌，死亡率可以達到約30%。該細(xì)菌在自然界十分普遍，尤其在25-45℃的溫暖環(huán)境，比如流動性較差的熱自來水儲存箱和水冷式空調(diào)機的冷卻水中。細(xì)胞自噬（autophagy）是依賴溶酶體途徑對胞質(zhì)蛋白和細(xì)胞器進行降解的一種過程，在維持細(xì)胞動態(tài)平衡中發(fā)揮了重要作用。細(xì)胞自噬也能清除入侵胞內(nèi)的細(xì)菌，是一種宿主細(xì)胞抵御細(xì)菌感染的重要機制。某些細(xì)菌已經(jīng)進化出一些機制來規(guī)避宿主細(xì)胞自噬，以達到在宿主細(xì)胞內(nèi)生長和增殖的目的。
“我們希望通過研究嗜肺軍團菌規(guī)避宿主細(xì)胞自噬的機制，為開發(fā)有效的抗菌藥物提供途徑?！眳且牟┦空f。
研究表明，嗜肺軍團菌通過IV型分泌系統(tǒng)可將毒性效應(yīng)蛋白RavZ注入宿主細(xì)胞，抑制宿主細(xì)胞自噬活性，從而使細(xì)菌在細(xì)菌-宿主競爭中獲得優(yōu)勢。由于缺乏合適的研究工具，RavZ如何識別和切除LC3-PE從而實現(xiàn)對細(xì)胞自噬的抑制一直困擾著科學(xué)家們。吳耀文團隊巧妙地利用化學(xué)方法合成制備了一系列末端修飾的LC3蛋白質(zhì)復(fù)合物，利用這些化學(xué)修飾的蛋白質(zhì)工具，他們研究了RavZ作用于LC3-PE的結(jié)構(gòu)-效能關(guān)系，再結(jié)合結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物物理和細(xì)胞生物學(xué)方法，首次揭示了RavZ識別和切除LC3-PE的分子機制。該研究顯示，嗜肺軍團菌感染宿主細(xì)胞后，將毒性效應(yīng)子RavZ注入宿主細(xì)胞，RavZ首先通過自身包含的LC3作用域(LC3-interactingregion，LIR)與膜上的LC3結(jié)合，同時通過碳端結(jié)構(gòu)域特異地與自噬體的膜上的磷脂酰肌醇3-磷酸（Phosphatidylinositol3-phosphate，PI3P）結(jié)合。RavZ還通過一個疏水性的α-螺旋（α3）插入到膜中，得以把LC3-PE的磷脂酰乙醇胺脂鏈從膜中“拔出”，從而形成RavZ與LC3-PE的復(fù)合物，RavZ再利用其蛋白酶活性切除LC3-PE的脂鏈，使得LC3蛋白質(zhì)無法再重新脂基化，最終導(dǎo)致細(xì)胞自噬體無法形成，從而抑制了宿主細(xì)胞的自噬活性，嗜肺軍團菌得以在宿主細(xì)胞內(nèi)存活。
“嗜肺軍團菌的毒性效應(yīng)子RavZ演化出‘鑷子’和‘剪子’雙功能，前者把LC-PE從膜中拔出，后者特異地把LC3-PE的脂鏈切除，就像做外科手術(shù)一樣，是一個非常精巧的分子機器。這可能是細(xì)菌在進化過程中，為了抵御宿主細(xì)胞自噬的清除，演化出來的一種非常聰明的抵抗機制?！眳且牟┦拷忉屨f。
這項研究不僅揭示了一種全新的細(xì)菌與宿主的作用機制，而且通過對這一機制的研究，該團隊還找到了抑制RavZ活性的有效途徑，他們發(fā)現(xiàn)一個多肽化合物可以很好的抑制RavZ對LC-PE的剪切，這為進一步開發(fā)特異的抗菌藥物提供了廣闊的前景。