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nature immunology: 肺结核治疗新研究

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来源:生物谷 2016-08-25 15:32

肺结核(tuberculosis)是目前世界上致病率与致死率最高的传染病之一,根据世界卫生组织的报告仅2012年中全球患病人数达到了800万人,其中100万以上死亡。随着肺结核的致病菌-结核杆菌(Mycobacterium tuberculosis,M
 

nature immunology: 结核杆菌毒性因子抑制宿主天然免疫反应的分子机制

 
2015年2月6日 讯 /生物谷BIOON/ --肺结核(tuberculosis)是目前世界上致病率与致死率最高的传染病之一,根据世界卫生组织的报告仅2012年中全球患病人数达到了800万人,其中100万以上死亡。随着肺结核的致病菌-结核杆菌(Mycobacterium tuberculosis,Mtb)近年来抗药性越来越强,许多结核病患者没有得到有效的药物治疗。结核杆菌在长年的进化选择下,能够寄生在宿主的巨噬细胞内部,并能有效避免免疫系统的感知与清除。因而,寻找合适的靶点分子进行药物设计是清除结合杆菌的关键所在。
 
PtpA是结合杆菌分泌的一类去磷酸化酶(phosphotase: for protein dephosphorylation)。由于其可以分泌到细菌外部,即巨噬细胞胞浆中,所以是最容易设计的药物靶点。然而,目前针对其活性区域的抑制剂特异性不高,导致此类药物副作用太大。最近,中国科学院微生物所刘翠华博士课题组在《nature immunology》杂志在线发表了她们对于结核杆菌分泌的ptpA的致病机制的研究,并希望可以通过此研究成果针对ptpA或者其底物分子设计相关的药物。
 
首先,作者利用HEK293T以及HELA报告基因模型检测了ptpA对于外界刺激引起的下游转录因子激活的调节作用。研究发现,ptpA可以有效抑制由TNF-a,IL-1b引起的NF-kB激活,而且可以抑制由小G蛋白ras引起的AP-1的激活。作者进一步通过野生型Mtb以及ptpA缺失突变体进行体外巨噬细胞感染。生化检测发现:ptpA可以有效抑制感染过程中NF-kB的激活以及JNK,p38的磷酸化,但是对于ERK蛋白的磷酸化没有明显影响。说明ptpA可以通过某种方式抑制MEK信号通路与NF-kB信号通路的传递。
 
之后,作者检测了结核杆菌感染巨噬细胞后,细胞内TNF-a,IL-1b的表达水平以及上清中的释放情况,结果显示:缺失ptpA后,结核杆菌能够引起更多的IL-1b以及TNF的产生,在人为地向突变体中转入ptpA后,两种细胞因子的产量收到了抑制。另一方面,如果结核杆菌中过量表达ptpA,那么TNF-a与IL-1b的产量将会受到进一步的抑制。接下来,作者通过腹腔注射的方式向小鼠体内感染结核杆菌,得到了与体外相似的结果,同时,结核杆菌的增殖水平以及组织遭受感染的严重程度也与之相符。以上说明ptpA缺失可以抑制下游细胞因子的表达,从而保护自身不受免疫系统清除。
 
那么ptpA是如何起作用的呢?作者发现,ptpA的功能受到其去磷酸化活性的影响:当人为地将其催化活性位点突变(D126A)之后, ptpA抑制JNK以及p38的能力均受到了影响,而NF-kB的抑制效应则不受到此影响。之后,作者通过酵母双杂的实验鉴定出泛素蛋白(Ubiquitin)是可能与ptpA相互作用的靶向分子。 通过分子模拟以及突变后的各种生化分析,作者发现ptpA里面有一段a-helix与泛素蛋白存在直接的相互作用。下游的功能检测也证明:ptpA表面a-helix的突变与去磷酸化活性位点的突变均对ptpA的抑制能力产生影响。  体内实验也证实了这一观点。
 
但是ptpA对NF-kB信号的抑制通并不依赖于ptpA的去磷酸化活性。作者仍旧通过酵母双杂交的方法鉴定出TAB3蛋白与ptpA也存在相互作用。TAB3是TAB家族的成员,在TRAF下游介导NF-kB的激活。作者通过免疫共沉淀技术证明ptpA与TAB3确实存在相互作用,同时发现ptpA能够抑制TRAF2,TRAF6,TAB3等引起的NF-kB的影响,但并不抑制TAK1与TAB1引起的NF-kB的激活。之后,作者发现在有ptpA存在的情况下,TAB3的K-63泛素化受到了抑制,说明ptpA通过抑制TAB3的K-63泛素化来抑制其正常激活NF-kB的功能,TAB3的RNA干扰实验也证实了这一说法。
 
综上,作者利用一系列生化的手段证明了结核杆菌ptpA抑制巨噬细胞AP-1,NF-kB激活的两种不同的分子机制。也许在临床上我们能够利用这一发现设计更加特异性针对ptpA功能的药物用于治疗结核病患者。(生物谷Bioon.com)
 

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Mycobacterium tuberculosis suppresses innate immunity by coopting the host ubiquitin system

 
Jing Wang, Bing-Xi Li, Pu-Pu Ge, Jie Li, Qi Wang, George Fu Gao, Xiao-Bo Qiu & Cui Hua Liu
 
Mycobacterium tuberculosis PtpA, a secreted tyrosine phosphatase essential for tuberculosis pathogenicity, could be an ideal target for a drug against tuberculosis, but its active-site inhibitors lack selectivity over human phosphatases. Here we found that PtpA suppressed innate immunity dependent on pathways of the kinases Jnk and p38 and the transcription factor NF-κB by exploiting host ubiquitin. Binding of PtpA to ubiquitin via a region with no homology to human proteins activated it to dephosphorylate phosphorylated Jnk and p38, leading to suppression of innate immunity. Furthermore, the host adaptor TAB3 mediated NF-κB signaling by sensing ubiquitin chains, and PtpA blocked this process by competitively binding the ubiquitin-interacting domain of TAB3. Our findings reveal how pathogens subvert innate immunity by coopting host ubiquitin and suggest a potential tuberculosis treatment via targeting of ubiquitin-PtpA interfaces.
 

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