大家好，本周分享一篇发表在Nature Communications上的文章“Advanced glycation end-product crosslinking activates a type VI secretion system phospholipase effector protein”，通讯作者是来自加州大学圣芭芭拉分校的Christopher S. Hayes，其主要研究方向是细菌生理学和抗菌治疗方法的开发。
晚期糖基化终末产物（Advanced glycation end-products, AGE）是一种普遍存在的蛋白质损伤形式，通常由细胞中积累的葡萄糖代谢毒性副产物——反应性二羰基化合物介导。其中较为代表性的是甲基乙二醛（methylglyoxal, MGO），该化合物可以引起氨基酸残基的修饰或共价交联。在本文中，作者发现细菌VI型分泌系统（T6SS）中由甲基乙二醛引起的交联可激活抗菌磷脂酶效应蛋白。VI 型分泌系统（T6SS）是革兰氏阴性菌中常见效应子递送机器， 其中作者关注的是磷脂酶效应蛋白（T6SS lipase effector, Tle），该效应蛋白在细菌内包含同源的免疫蛋白（T6SS lipase I, Tli）以保护蛋白自身免受毒性伤害。此前的研究标明，Tli的表达是细菌向外分泌活性Tle所必需的，因此作者推测胞质内Tli具有通过相互作用激活效应蛋白Tle的能力。在实验中，作者首先测试了在细菌中存在和不存在Tli两种条件下Tle的表达情况和在变性凝胶电泳中的表现，发现在Tli共表达时Tle存在两种形式，一种与对照组分子量相当，另一种则疑似为修饰形式，在电泳中迁移速率更快。通过His tag纯化Tle后质谱鉴定则发现，Tle相对于预测质量表现出+ 36 Da的偏移，且修饰后的Tle脂肪酶结构域在体外具有显著高于未修饰组的催化活性。这些结果都预示着体内Tli表达时Tle的脂肪酶结构域被修饰，且这种修饰很可能是酶活性所必需的。随后作者通过硫单波长异常衍射等方法解析了Tle（脂肪酶结构域）-Tli复合物的结构，发现Tle R180和K461残基之间存在连续的电子密度，很可能存在共价连接，而此前质谱结果中+36 Da的质量偏移则指向了甲基乙二醛在赖氨酸和精氨酸之间形成的咪唑鎓交联（简称MODIC），AlphaFold2的预测结果也支持这一假设。至此，作者发现了AGE交联将脂肪酶结构域的N端与C端连接成了一个拓扑环，该结构使Tle处于活化构象，提高了其酶活。作者还通过过表达醛还原酶抑制了Tle交联，证实了该反应是由反应性羰基化合物引起的。接下来，作者由此延伸猜想，推测AGE交联可能通过稳定三级结构来促进脂肪酶功能。因此他们尝试通过引入工程化二硫键实现与MODIC类似的Tle激活效果。实验结果证明相比于无法形成甲基乙二醛交联的Lys461Gln突变体，在附近位点C186和C472引入二硫键的突变体具有更高的酶活，且该酶活的增长可以通过外加DTT被抑制。结合上述结果，作者提出了Tli依赖性Tle激活和T6SS介导递送的模型：Tli与Tle形成瞬时复合物以实现甲基乙二醛交联，然后将激活的效应子从免疫蛋白中解离并加载到T6SS装置中输出，递送到靶细胞后活化的Tle水解膜磷脂。考虑到Tle单体的不溶性，作者推测Tli在该过程中起到折叠伴侣的功能。总的来说，本文以细菌效应蛋白分泌过程为例，发现甲基乙二醛介导的交联可以通过稳定蛋白质结构以促进蛋白质功能。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53075-x原文引用：10.1038/s41467-024-53075-x
