通過三型分泌系統(tǒng)分泌效應(yīng)分子進(jìn)入真核細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)而阻斷或調(diào)節(jié)宿主關(guān)鍵信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是許多病原菌普遍采用的致病機(jī)制。尋找效應(yīng)分子在宿主細(xì)胞中的靶蛋白并闡明其作用于靶蛋白及相關(guān)信號通路的生物化學(xué)機(jī)理對我們了解病原菌致病機(jī)理和建立有效防治手段有著重要的意義。同時(shí)，這也可能促進(jìn)我們對真核細(xì)胞本身信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的進(jìn)一步理解。2010年8月5日，NIBS邵峰博士實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了病原細(xì)菌效應(yīng)蛋白通過直接共價(jià)修飾并失活宿主細(xì)胞中的泛素和泛素類蛋白從而導(dǎo)致宿主泛素信號通路發(fā)生功能紊亂的新的致病機(jī)制。該研究發(fā)表于Science雜志上。

這項(xiàng)研究揭示了一種全新的、通過分泌效應(yīng)蛋白直接修飾宿主中泛素和泛素類蛋白（NEDD8）從而阻斷宿主泛素化通路的病原菌致病機(jī)制。更為重要的是，這種對泛素和NEDD8的特異性脫氨修飾也為研究蛋白質(zhì)泛素化的機(jī)制（為何Gln-40脫氨化的泛素不能在泛素連接酶催化下成泛素鏈）以及NEDD8是如何活化Cullin泛素連接酶的生物化學(xué)機(jī)制研究提供了一個(gè)新的、*的研究途徑和思路。這項(xiàng)研究也有力地說明對病原菌效應(yīng)蛋白的研究可以為我們了解真核本身的細(xì)胞生物化學(xué)機(jī)制提供*的角度，有著重要的意義。

來自類鼻疽桿菌（Burkholderia pseudomallei）的CHBP和來自致病性大腸桿菌（Enteropathogenic E. coli）的Cif是一類具有木瓜蛋白酶催化結(jié)構(gòu)域的三型分泌效應(yīng)蛋白，這類效應(yīng)分子具有阻斷宿主細(xì)胞周期的活性。在這項(xiàng)研究中，邵峰小組先發(fā)現(xiàn)CHBP具有很強(qiáng)的抑制真核細(xì)胞的泛素鏈形成（ubiquitination）的活性，這種活性依賴于CHBP的類木瓜蛋白酶的催化活性。一系列的生化實(shí)驗(yàn)分析揭示了泛素（ubiquitin）蛋白第40位的谷氨酰胺（Gln-40）在CHBP的作用后發(fā)生了脫氨反應(yīng)，變成了谷氨酸。因此，CHBP性質(zhì)上是一個(gè)泛素脫氨酶（deamidase）。利用分子生物學(xué)的方法直接將泛素的Gln-40突變?yōu)楣劝彼岷?，不管是在體外還是在細(xì)胞內(nèi)，這樣的突變泛素分子都喪失了形成泛素鏈的活性。在進(jìn)一步檢測了CHBP是否也作用其他泛素類蛋白時(shí)，邵峰小組發(fā)現(xiàn)CHBP能夠，也只能夠?qū)σ粋€(gè)叫做NEDD8的泛素類蛋白起同樣的脫氨修飾作用，并且活性要更強(qiáng)一些。在Burkholderia的感染宿主細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)中，他們也驗(yàn)證了通過三型分泌系統(tǒng)分泌的CHBP能夠?qū)е滤拗骷?xì)胞中幾乎所有的NEDD8和大約一半的泛素分子發(fā)生脫氨化修飾。

有趣的是，當(dāng)用帶有Cif的致病性大腸桿菌感染宿主細(xì)胞時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)NEDD8被*修飾，而泛素卻一點(diǎn)都沒有。這與體外觀察到的Cif對NEDD8有很強(qiáng)的偏好性是一致的。在感染的細(xì)胞中，只有受Cullin泛素連接酶復(fù)合物調(diào)控降解的底物蛋白的泛素化和降解受到了明顯的抑制作用。NEDD8的功能是和Cullin蛋白發(fā)生類似于單泛素化的共價(jià)修飾（這個(gè)修飾作用也被叫做neddylation）。已知NEDD8修飾可以大大增強(qiáng)Cullin泛素連接酶復(fù)合物的活性，但令人吃驚的是，當(dāng)Cullin分子被經(jīng)過脫氨的NEDD8修飾后，其泛素連接酶活性不僅沒有被上調(diào)，反而卻受到了極大的抑制。這個(gè)結(jié)果地解釋了體內(nèi)觀察到的Cullin底物泛素化和降解受到特異性抑制的現(xiàn)象。更進(jìn)一步，在真核細(xì)胞中直接異位表達(dá)脫氨化的NEDD8能夠模擬致病性大腸桿菌的感染作用，這些作用包括Cullin底物的特異性積累，細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)受到抑制，以及細(xì)胞出現(xiàn)很強(qiáng)的應(yīng)力纖維。事實(shí)上，應(yīng)力纖維的出現(xiàn)正是由于邵峰實(shí)驗(yàn)室此前的研究中發(fā)現(xiàn)的CUL3/BACURD泛素連接酶復(fù)合物（Chen et al., Molecular Cell, 2009）在NEDD8被脫氨后，其泛素化和降解RhoA的功能受到了抑制。