我国学者揭示大肠杆菌抵抗酸刺激新机制
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发布时间：2016-11-03
北京大学化学与分子工程学院陈鹏课题组利用新开发的“比较蛋白质组学”技术，揭示了大肠杆菌抵抗酸刺激的新机制。相关研究成果近期以“Comparative proteomics reveal distinct chaperone-client interactions in supporting bacterial acid resistance（比较蛋白质组学技术揭示细菌抗酸伴侣蛋白的独特底物）”为题在《美国科学院院刊》发表。论文链接：http://www.pnas.org/content/early/2016/09/09/1606360113。北京大学化学与分子工程学院博士研究生张帅与何丹为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（项目编号：2152100005，212250022，913133006）等资助。
肠道病原微生物独特的抗酸机制使得它们能够顺利通过人体胃液的强酸环境，进而在肠道造成感染甚至导致人体死亡。HdeA和HdeB是目前在这些病原微生物膜间质内发现的唯一一套抗酸伴侣系统，在许多肠道菌中高度保守。因此，研究它们抵御强酸环境的机制有助于我们更好地理解这些致病菌与宿主之间的作用关系。另外，HdeA 和HdeB是典型的“条件无序”分子伴侣蛋白，利用无序结构与多种不同的底物蛋白质相互作用以发挥功能，对它们的研究也能帮助我们更好的理解蛋白质无序结构与功能之间的关系。该课题组一直致力于抗酸伴侣蛋白底物的捕捉与研究。2011年，他们与北京大学生命科学院昌增益课题组合作，开发了一种遗传编码的蛋白质光交联探针DiZPK，并以大肠杆菌为模型，成功地捕获并鉴定了HdeA的底物蛋白，揭示了细菌在抵御酸胁迫过程中独特的分子伴侣协作机制（Nat. Chem. Biol. 2011, 7, 671–677）。
为进一步揭示HdeA和HdeB这两个看似冗余的分子伴侣如何相互合作以及在保护大量不同底物蛋白的同时避免非特异性结合的机制，陈鹏课题组将新一代的可切割型光交联探针DiZSeK与荧光差异双向凝胶电泳（2D-DIGE）相结合，发展了一种名为CAPP-DIGE的“比较蛋白质组学”的策略，实现了HdeA与HdeB整个底物蛋白组的直接比较和鉴定。研究结果表明，HdeA与HdeB在活细胞条件下对底物蛋白表现出明显的差异。研究人员进一步发现，这种差异性来源于二者对酸刺激的不同响应，使得HdeA和HdeB分别保护了对酸刺激耐受性不同的底物蛋白组。在酸回复过程中，他们发现底物在被分子伴侣释放时也是受pH调控的，且这种pH 调控的底物释放过程保证了底物在酸回复过程中的有效重折叠。综合以上研究结果，他们提出了细菌抵御酸胁迫过程中pH 对分子伴侣底物特异性的调控机制，即pH通过系统性地调控HdeA 、HdeB以及底物蛋白的折叠状态和功能，让分子伴侣蛋白在不同条件下逐步激活、协同分工保护不同的客户蛋白，同时保证了底物蛋白在被释放后有效地进行重折叠。这一模型为细菌抵抗酸刺激提供了一种高效、经济、灵活和协调的蛋白质质量控制策略。该调控机制很可能也适用于其他的条件无序分子伴侣系统，而这一新开发的CAPP-DIGE技术对于利用蛋白质组学鉴定和比较动态条件下的蛋白-蛋白相互作用及其变化都有着广阔的应用前景。
图 CAPP-DIGE流程示意图（A）；HdeA与HdeB协同抗酸的新机制（B）
