MoleculesandCells
首尔国立大学Nam-ChulHa团队研究成果——流产布鲁氏菌IV型分泌系统中自溶素SagA的结构和功能
近日，首尔国立大学Nam-ChulHa团队研究成果发表在国际SCI期刊《MoleculesandCells》上。该项研究揭示了流产型布鲁氏菌(Brucellaabortus，B.abortus)分泌激活因子基因A(SagA)及其蛋白质抑制剂肽聚糖水解酶抑制A(PhiA)的高分辨率结构，系统阐释了SagA的生化特征并提出了其底物结合模式。基于结构研究开发的SagA抑制剂可能减弱布鲁氏菌的主要毒力因子Ⅳ型分泌系统(TypeIVsecretorysystem，T4SS)，从而进一步为布鲁氏菌病的防治奠定了基础。
流产型布鲁氏菌(Brucellaabortus，B.abortus)是一种兼性细胞内致病菌，可引起人和反刍动物的布鲁氏菌病。在布鲁氏菌病的慢性期，人类会出现反复发热，患者可能会出现严重的肌肉骨骼、心脏和神经并发症。B.abortus分泌的激活因子基因A(SagA)作为自溶素成分在IV型分泌系统(TypeIVsecretorysystem，T4SS)的肽聚糖(peptidoglycan，PGN)层产生孔洞，而肽聚糖水解酶抑制剂A(PhiA)则是SagA的抑制剂。SagA作为T4SS中的成孔自溶素，负责防止含有布鲁氏菌的液泡(Brucella-containingvacuoles，BCV)与免疫细胞的溶酶体融合。由于SagA参与B.abortus细胞内复制的早期阶段，SagA被认为是治疗布鲁氏菌病的靶点。
首尔国立大学Nam-ChulHa团队在MoleculesandCells杂志上揭示了SagA及其蛋白质抑制剂PhiA的高分辨率结构，系统阐释了SagA的生化特征并提出了其底物结合模式。基于结构研究开发的SagA抑制剂，进一步为布鲁氏菌病的防治提供了科技支撑。
图SagA的序列比较和SagA在溶液中的单体行为
图2SagA的整体结构和底物诱导的构象变化
B.abortusSagA(BaSagA)的整体结构与鼠伤寒沙门氏菌(Salmonellatyphimurium，S.Typhimurium)TtsA(StTtsA)的结构相似，由一个连接子连接的两个结构域组成。晶体结构显示SagA有两个α-螺旋结构域：一个N-末端结构域和C-末端结构域由短螺旋和环铰链。这些结构排列与T4溶菌酶相似，由长螺旋连接的两个结构域组成。SagA和StTtsA的N-末端结构域与T4溶菌酶的N-末端水解酶结构域具有高度的序列相似性，包括催化残基。SagA的C-末端结构域形成一个紧凑的α-螺旋束，在结构和序列上与StTtsA的PGN结合域相似。
图3SagA的溶菌酰胺酶活性
图4SagA的DAP结合位点及其对活性的影响
与哺乳动物溶菌酶相似，SagA在未经修饰的PGNs上具有溶菌胺酶活性。分子对接表明内消旋二氨基庚二酸(DAP)结合位点在PGN结合的增强中相互关联。SagA的DAP结合可能提供底物PGN链的收集或抓取，这可能是DAP型PGN比鸡蛋清溶菌酶(HEWL)活性更高的分子基础。但是，SagA不能通过产物抑制模式完全消化溶菌酶(Lysozyme，Lys)型PGN。与HEWL不同的是，外源可溶性DAP显著抑制SagA对Lys型PGN的活性。因此，研究结果表明SagA是专门用于DAP型PGN的完全消化。
图5PhiA的晶体结构及其功能意义
PhiA的原体具有扁平的β折叠桶结构，由8条反平行的β链组成，这是MliC和PliC的典型结构折叠。PhiA的β折叠桶由二硫键Cys76和Cys54稳定。PhiA在溶液和晶体中形成稳定的四聚体，不同于单体或二聚体PliC或MliC。然而，PhiA结构在初级结构上不包含SGxxY基序或其在任何突出PhiA环处的等效基序。SGxxY基序中暴露的Ser羟基对于与MliC和PliC中溶菌酶的催化残基相互作用至关重要。然而，在PhiA与PliC-人溶菌酶复合物结构的结构叠加中，在PhiA中没有发现任何相应的结构特征。相应的SGxxY基序的缺失可能是PhiA抑制功能缺失的原因。因此，研究结果表明PhiA的抑制功能可能间接作用于SagA。
总之，此项研究揭示了SagA和PhiA的高分辨率结构，综合分析了SagA的生化特征并提出了其底物结合模式。该项研究的发现对PhiA的作用和B.abortus的SagA-PhiA系统的分子基础具有重要意义。基于结构研究开发的SagA抑制剂可能通过减弱布鲁氏菌的主要毒力因子T4SS，从而进一步为布鲁氏菌病的防治奠定了基础研究。该项研究成果以“StructureandFunctionoftheAutolysinSagAintheTypeIVSecretionSystemofBrucellaabortus”为题发表在了《MoleculesandCells》杂志上。
论文链接：
