嗜肺军团杆菌四型分泌系统毒力蛋白LepB的结构与生化研究

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Rab GTPases是真核细胞膜泡运输过程中的重要”分子开关”,也是众多细菌病原作用的靶标。像开关一样它有on和off两种状态——与GTP结合“on”的活性状态下,它通过脂质修饰的C末端定位在膜上与下游蛋白相互作用行使功能;与GDP结合“off”失活状态下,它与GDIs结合,以复合物形式溶解于细胞质中。而调节Rab GTPase在这两种状态下转换的是GAPs和GEFs,GAPs能催化GTP的水解使Rab失活,胞质中失活状态的Rab经GDF招募与GDI解离重新回膜上后,在GEFs催化下与GDP解离与GTP结合,再度被激活。  嗜肺军团杆菌是需氧的,兼性胞内寄生的革兰氏阴性菌,它引发肺部感染,严重可导致呼吸衰竭与肾衰竭。LepB是嗜肺军团杆菌Dot/Icm四型分泌系统向宿主胞内分泌的效应蛋白,具有GAP活性。通过结构与生化分析显示:不同于同时提供R与Q双指结构,反式作用于Rab GTPase的典型TBC-domain GAPs,LepB采用类Ras-GAP的机制催化Rab1 GTPase GTP的水解。首先测量了LepB不同截短体GAP活性,把LepB GAP domain定位于313-618位残基。大量的突变实验支持LepB Arg-444作为Arginine finger,但缺乏在催化中同样至关重要的Glutamine。随后解析了apo-LepB GAP domain以及L.drancourtii LepB GAP domain与Rab1-GDP-AlF3复合物的晶体结构。该结构显示,LepB GAP domain呈现全新的折叠方式以及与Rab GTPase的结合方式。结构分析支持LepB R444作为Arginine finger,同时我们还发现Glutamate-449(在结构上等价于TBC RabGAP上的Glutamine finger)在与Rab1结合后,侧链发生明显的位移。侧链羰基氧与Rab1 Gln-70侧链氨基氢之间的强离子相互作用,将Rab1 Gln-70的侧链拉向GDP-Al3。该经构象重排的Gln70作为催化中顺式作用的glutamine finger。这一发现揭示了LepB类RasGAP的催化机制,打破了GAPs分类的界限,同时也说明了RabGAPs,尤其是来自病原菌中的RabGAPs催化机制具有多样性。  除了单独的LepB GAP结构域,还尝试了结晶近全长的LepB1-1232,并做了负染电镜观察。LepB1-1232在负染电镜下呈直径5-25nm的圆形颗粒,有大小不一的寡聚状态。由于分子本身的延展性与不均一的寡聚状态,尽管我们做了大量尝试与筛选仍未获得晶体。随着电镜技术的迅速发展,将来有可能通过冷冻电镜技术克服结晶障碍,获得LepB全长结构解析。
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