科学家揭秘细菌蛋白SAP05的劫持机制

近期，研究人员揭开了寄生植原体细菌的复杂分子机制，这种细菌以在植物中诱导“僵尸”状态而闻名。这一详细的揭示为生物技术甚至生物医学领域的突破性应用开辟了新的视野。

John Innes中心Saskia Hogenhout教授领导的团队与Sainsbury实验室合作，利用X射线晶体学揭示了SAP05的结构和功能机制。该分子在桥接植物细胞内两种不同成分方面发挥着至关重要的作用。

这一发现为自然界的一种奇特现象提供了新的线索——这一现象就是“女巫扫帚”（又称：丛枝病），即植物茎、叶因植原体细菌而增殖，从而导致枝叶生长过于浓密。

这种昆虫传播的细菌会引发紫菀黄病等疾病，显着降低全世界范围内的叶类作物的产量，包括油菜、生菜、胡萝卜、葡萄树、洋葱以及各种观赏植物和蔬菜作物。

Hogenhout小组之前的研究揭示了细菌蛋白SAP05如何通过劫持蛋白酶体的分子机制来操纵植物。蛋白酶体分解并回收植物细胞内不再需要的蛋白质。SAP05劫持了这一过程，导致调节生长和发育的蛋白质被分配到26S蛋白酶体的分子回收中心。

而本项研究的研究重点在于从结构层面上探讨这一过程是如何发生的：SAP05有效破坏了分子回收途径，充当了连接其两个细胞靶标（转录因子和蛋白酶体）的支架。

令人惊讶的是，SAP05的结合方式使其能够选择性地处理发育性蛋白质，同时有策略地保留其植物宿主生存至关重要的相关功能。

约翰·英尼斯中心（John Innes Centre）的小组组长、研究小组负责人Hogenhout教授解释道：“我们现在知道了这种复合物的结构，以及蛋白质如何与两个细胞成分结合以形成短路。SAP05在参与植物生长过程的同时，不会扰乱其他重要功能与过程，植物在进化过程中能产生这样的机制实在是太神奇了。”

通常在植物和所有多细胞生物中，蛋白酶体中蛋白质的循环依赖于一种被称为泛素的分子。

通过缩短这一过程，SAP05提供了一种执行蛋白质降解的新方法，该方法不仅可以满足自身的寄生目的，还完全独立于泛素。

这一发现也预示了一些有趣的可能性。研究人员对SAP05的复杂性、精密性及其在生物技术领域的广泛应用前景感到惊讶。

论文第一作者Qun Liu表示：“通过研究我们发现，SAP05的一侧与转录因子结合，另一侧与26S蛋白酶体结合，这非常奇妙，也让我们十分惊讶。”

了解这种细菌机制如何在结构水平上与细胞相互作用后，现在研究人员可以设计与SAP05相似的分子，这些分子可以用于去除不需要的蛋白质，例如病原体效应子或病毒，从而对治疗、研究和农业领域产生积极影响。

SAP05效应蛋白的研究工作仍在欧洲研究委员会（ERC）的资助下继续进行，该项目由 Hogenhout教授领导，旨在研究新型靶向蛋白降解（TPD）技术。

参考文献：

Qun Liu, Abbas Maqbool, Federico G. Mirkin,  et al. Hogenhout. Bimodular architecture of bacterial effector SAP05 that drives ubiquitin-independent targeted protein degradation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; 120 (49) DOI: 10.1073/pnas.2310664120