冯越团队揭示MavC介导的新型泛素化反应的分子机制

蛋白质泛素化是最普遍的蛋白质翻译后修饰之一,是指泛素蛋白(Ub)在特定酶的作用下,对底物蛋白进行特异性修饰的过程,几乎参与一切生命活动的调控,与肿瘤、心血管等疾病的发病也密切相关。经典的泛素化过程是一种三酶级联反应,需要E1激活酶、E2结合酶和E3连接酶的共同作用。嗜肺军团菌是军团菌肺炎这一潜在致死性肺炎的致病微生物。基于泛素化的重要作用,嗜肺军团菌在与人类宿主细胞互作过程中,可通过多种方式调控宿主的泛素化进程。近年来,普渡大学罗招庆研究组先后报道了嗜肺军团菌中两类可催化不依赖于E1和E2酶的非常规泛素化的效应蛋白,分别是SidE家族蛋白【1】和MavC【2】。多个课题组已对SidE家族蛋白介导的新型泛素化反应的机制进行了研究,但MavC催化的新型泛素化反应机制还未被阐明。

2020年4月14日,北京软物质科学与工程高精尖创新中心、北京化工大学生命学院冯越教授研究组在Nature Communications发表了题为Structural insights into the mechanism and inhibition of transglutaminase-induced ubiquitination by the Legionella effector MavC的研究论文,报道了嗜肺军团菌MavC催化的新型泛素化反应及其抑制的分子机制。这是继2018年冯越研究组在Nature报道SidE家族蛋白介导的新型泛素化反应的分子机理【3】之后,其团队在病原介导的蛋白质翻译后修饰领域取得的另一成果。

MavC(图1a)具有谷氨酰胺转胺酶活性,能催化泛素分子与底物UBE2N通过异肽键交联,从而对UBE2N的K92和K94位点进行泛素化修饰该过程可被另一种效应蛋白Lpg2149抑制。在这项最新的研究中,冯越研究组解析了MavC/UBE2N/Ub(图1b)、MavC/UBE2N-Ub(泛素化产物)(图1c)以及MavC/Lpg2149(图1d)三种蛋白质复合物的结构。他们发现在MavC介导的新型泛素化过程中,包含UBE2N修饰位点K92的loop会发生明显构象变化以完成反应(图1c),而Lpg2149通过与Ub竞争在MavC上的结合位点实现对该泛素化过程的抑制(图1d)

图1解析的蛋白质结构。MavC(a)、MavC/UBE2N/Ub(b)、MavC/UBE2N-Ub(c)以及MavC/Lpg2149(d)的结构。在所有结构中,Ub均用静电表面方式显示。MavC的插入(insertion)结构域和UBE2N的K92区域用圆圈标记。

有趣的是,在进行MavC与该泛素化产物UBE2N-Ub共结晶过程中,他们发现MavC本身也具备将Ub从该产物上切割下来的能力,即MavC也具有针对该新型泛素化反应的去泛素化活性。这让他们联想到MavC在嗜肺军团菌中的同源蛋白MvcA是否也具有类似的活性。他们后续的实验表明,MvcA具有专一的、更强的针对该新型泛素化反应的去泛素化活性,而这一结果也由罗招庆/欧阳松应团队发表【4】。因此,MavC主要表现出催化该新型泛素化反应的活性,同时也具有较弱的逆反应活性。冯越团队的研究揭示了这种由谷氨酰胺转胺酶介导的新型泛素化及其抑制的分子机制,为未来对这种修饰所引起的UBE2N活性抑制的研究以及其它催化此类反应的正、逆反应的酶的发现奠定了基础。

据悉,北京化工大学硕士研究生穆雅娟,王跃,黄燕飞,李栋为本论文的共同第一作者,冯越教授为本文的通讯作者,北京软物质科学与工程高精尖创新中心及北京化工大学为第一完成单位。普渡大学的罗招庆教授和付嘉琦博士参与本论文工作,为课题提供大量帮助。清华大学杨茂君教授和刘磊教授在课题开展过程中提供若干建议。国家蛋白质科学研究(上海)设施和上海同步辐射光源(SSRF)的BL17U1和BL19U1线站及其工作人员为数据收集提供了及时有效的支持。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-15645-7


附冯越实验室招聘信息

一、 实验室简介

冯越,教授、博士生导师,国家自然基金委优秀青年基金获得者。实验室主要利用X射线晶体学、冷冻电镜等结构生物学方法,结合生物化学及细胞生物学等手段对重要蛋白质复合物展开结构与功能的研究,目前研究方向主要集中在病原与宿主相互作用相关蛋白质复合物结构与功能及叶绿体分裂装置组装的结构机理两个方面。实验室建有成熟的结构生物学平台,科研氛围浓厚,共发表SCI论文29篇,其中第一或通讯作者论文14篇,分别发表在Nature(2018&2012)Nature Plants(2017)Nature Communications(2020)PNAS(2012)等国际著名期刊上(详情见https://life.buct.edu.cn/2019/1031/c708a5650/page.htm)。

二、招聘岗位:副教授、讲师或博士后

1. 应聘条件

(1)年龄35岁及以下,近三年内获得博士学位或即将获得博士学位。

(2)生物或相关专业的博士研究生毕业, 有生物大分子X射线晶体学、冷冻电镜等研究背景者优先;

(3)在SCI期刊上以第一作者或通讯作者发表过高水平研究论文,具有独立撰写论文的能力;

(4)工作认真负责,积极主动,有较强的独立工作能力、责任心和团队协作精神。

2. 岗位职责

在课题组长的安排下负责部分课题,协助指导研究生工作;协助制定课题计划及撰写研究论文;申请科研基金。

三、个人待遇

1. 副教授、讲师

在学校提供薪酬基础上,实验室增加一定补助,具体面议。

2. 博士后

年薪15-25万,并参照校内同级人员的标准为博士后缴纳“五险一金”;解决北京户口,提供住房补助,享受公费医疗待遇;博士后在站期间加入学校工会,参与工会活动;在站期间取得的科研成果与本校教师同样对待,可根据学校的有关规定获得奖励,以及实验室提供的绩效奖励。

博士后可在聘期内以项目负责人身份申请国家及省市级科研基金课题,鼓励、支持申报各类博士后人才项目和研究项目。博后聘期结束后,优秀博士后可推荐作为青年后备人才留校(见习副教授及以上岗位,教师编制)。

四、应聘材料

有意者请将一份简历及两位推荐人的联系方式发[email protected]。诚挚欢迎对我们研究方向感兴趣的青年人加入,我们共同努力!

1. Qiu, J., et al., Ubiquitination independent of E1 and E2 enzymes by bacterial effectors. Nature, 2016. 533(7601): p. 120-4.

2. Gan, N., et al., Legionella pneumophila inhibits immune signalling via MavC-mediated transglutaminase-induced ubiquitination of UBE2N. Nat Microbiol, 2019. 4(1): p. 134-143.

3. Dong, Y., et al., Structural basis of ubiquitin modification by the Legionella effector SdeA. Nature, 2018. 557(7707): p. 674-678.

4. Gan, N., et al., Legionella pneumophila regulates the activity of UBE2N by deamidase-mediated deubiquitination. EMBO J, 2019: p. e102806.

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