結(jié)核分枝桿菌（M.tuberculosis, Mtb）感染引起的結(jié)核?。═uberculosis, TB）是重要的致死性慢性傳染病，嚴(yán)重威脅全球人類健康。據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）報(bào)道，2019年全球約有1000萬(wàn)新發(fā)TB患者，約有141萬(wàn)人死于TB。

Mtb是一種兼性胞內(nèi)寄生菌，其能夠運(yùn)用多種策略干預(yù)宿主細(xì)胞的正常功能從而逃逸宿主免疫反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其在宿主細(xì)胞的長(zhǎng)期存活。

中國(guó)科學(xué)院微生物研究所劉翠華研究組長(zhǎng)期致力于研究Mtb等重要病原菌感染與宿主免疫調(diào)控新機(jī)制，尤其聚焦Mtb通過(guò)劫持宿主泛素系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)免疫逃逸的新機(jī)制以及宿主泛素系統(tǒng)促進(jìn)抗感染固有免疫功能的分子機(jī)制。

近年來(lái)先后在Nature Immunology、NatureCommunication、ProcNatl Acad Sci、Cellular & Molecular Immunology等雜志發(fā)表系列研究工作，揭示了病原菌與宿主間相互博弈的動(dòng)態(tài)過(guò)程及分子機(jī)理，為抗結(jié)核治療及藥物研發(fā)提供了新思路和特異靶點(diǎn)。

Mtb編碼一系列真核樣磷酸酶/激酶家族蛋白，其中真核樣酪氨酸磷酸酶PtpA和真核樣絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶PknG均為分泌性效應(yīng)蛋白，且與Mtb的胞內(nèi)存活過(guò)程密切相關(guān)，因此Mtb PtpA和Mtb PknG一直是研發(fā)抗結(jié)核新藥的潛在重要靶點(diǎn)，但目前關(guān)于其調(diào)控宿主免疫功能的具體機(jī)制，包括相關(guān)的細(xì)胞生物學(xué)過(guò)程、關(guān)鍵信號(hào)通路和靶點(diǎn)，以及所涉及的蛋白間互作和生化調(diào)控機(jī)制尚未完全明確。

因此，深入研究Mtb PtpA和Mtb PknG干擾宿主免疫反應(yīng)的分子機(jī)理，將有利于提供基于Mtb-宿主細(xì)胞互作界面的抗結(jié)核新靶點(diǎn)，為新型結(jié)核病預(yù)防及治療藥物和疫苗的開(kāi)發(fā)提供新策略。

劉翠華研究組以往研究發(fā)現(xiàn)Mtb PtpA與宿主泛素（Ub）相互作用，并先后揭示了Mtb PtpA通過(guò)在細(xì)胞質(zhì)俘獲Ub激活自身磷酸酶活性以抑制宿主固有免疫反應(yīng)的分子機(jī)制（NatureImmunology, 2015），以及Mtb PtpA在細(xì)胞核以泛素非依賴的形式促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖的分子機(jī)制（NatureCommunications, 2017）。

近期，劉翠華研究組與北京師范大學(xué)邱小波教授團(tuán)隊(duì)以及微生物研究所高福院士團(tuán)隊(duì)的最新合作研究揭示了Mtb PknG可與宿主泛素系統(tǒng)的另一種關(guān)鍵蛋白—泛素耦合酶（E2）UbcH7發(fā)生特異性結(jié)合，并催化一種非經(jīng)典的兩步泛素化級(jí)聯(lián)反應(yīng)來(lái)靶向調(diào)控宿主泛素系統(tǒng)，進(jìn)而抑制宿主的固有免疫應(yīng)答。

具體來(lái)說(shuō)，Mtb PknG同時(shí)具有非經(jīng)典的泛素激活酶（E1）和泛素連接酶（E3）活性，并可利用其雙功能酶活性促進(jìn)宿主細(xì)胞中的腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子2（TRAF2）和TGF-β激活激酶1（TAK1）的泛素化及降解，最終抑制NF-κB固有免疫信號(hào)通路的活化。

本研究的關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)和科學(xué)意義為：

1）首次發(fā)現(xiàn)了Mtb 中同時(shí)具有E1和E3活性的效應(yīng)蛋白PknG及其靶向的宿主蛋白底物（TRAF2和TAK1）。

2）揭示了Mtb調(diào)控的泛素化過(guò)程可以由兩步級(jí)聯(lián)反應(yīng)催化實(shí)現(xiàn)。經(jīng)典的泛素化修飾是一個(gè)由E1、E2和E3依次催化的三步酶促級(jí)聯(lián)反應(yīng)，而PknG則可通過(guò)兩步介導(dǎo)底物的泛素化修飾。在一步反應(yīng)中，PknG通過(guò)其新型的Ubl結(jié)構(gòu)域與UbcH7互作，并作為E1促進(jìn)Ub與UbcH7的共價(jià)結(jié)合，同時(shí)可進(jìn)一步利用其異肽酶活性催化Ub自UbcH7-Ub復(fù)合物上解離以獲得活化的Ub。

有趣的是，PknG直接催化Ub以異肽鍵的形式結(jié)合至UbcH7的Lys82位點(diǎn)，其間無(wú)需形成硫酯鍵連接的PknG-Ub中間體，而經(jīng)典的E1通常催化Ub以硫酯鍵的形式結(jié)合至UbcH7的Cys86位點(diǎn)，且其間需要形成硫酯鍵連接的E1-Ub中間體。在第二步反應(yīng)中，PknG可作為E3將活化的Ub轉(zhuǎn)移至底物蛋白上，并促進(jìn)它們的泛素化降解。

3）闡明了原核生物調(diào)控宿主泛素化過(guò)程的特殊能量來(lái)源。經(jīng)典E1活化Ub的過(guò)程經(jīng)常利用ATP水解為AMP來(lái)提供能量，而PknG促進(jìn)Ub活化的能量來(lái)源于ATP水解為ADP所釋放的能量。

綜上，本研究的創(chuàng)新性成果刷新了對(duì)已有泛素化催化機(jī)制的認(rèn)識(shí)，揭示了一種病原菌靶向宿主泛素系統(tǒng)的新策略，提供了基于病原-宿主界面的抗結(jié)核治療新靶點(diǎn)（即MtbPknG的非經(jīng)典E1和E3酶活相關(guān)的Ubl結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域與非致病性分枝桿菌及宿主細(xì)胞間幾乎無(wú)同源性）（圖1）。

圖1. MtbPknG通過(guò)催化非經(jīng)典的兩步泛素化級(jí)聯(lián)反應(yīng)抑制宿主固有免疫的模式圖

相關(guān)研究結(jié)果已在線發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊EMBO reports上，題為“M.tuberculosisprotein kinase G impairs host immunity by acting as an unusualubiquitinating enzyme”。

劉翠華研究組的項(xiàng)目研究員汪靜、博士研究生葛浦浦和碩士研究生雷澤慧為該論文的共同第一作者，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所劉翠華研究員、北京師范大學(xué)邱小波教授以及中國(guó)科學(xué)院微生物所高福院士為本文的共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家科技重大專項(xiàng)以及中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)人才項(xiàng)目的資助。