近日，我院楊國(guó)威研究員團(tuán)隊(duì)與中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所楊劍研究員團(tuán)隊(duì)合作在國(guó)際病原生物學(xué)期刊PLOS Pathogens同期發(fā)表了兩篇題為Genome-wide dissection reveals diverse pathogenic roles of bacterial Tc toxins和N-Glycans and sulfated glycosaminoglycans contribute to the action of diverse Tc toxins on mammalian cells的論文，首次對(duì)毒素復(fù)合體(Toxin complex，簡(jiǎn)稱(chēng)Tc toxin)在各種細(xì)菌中的分布、進(jìn)化、毒力結(jié)構(gòu)域特征等進(jìn)行了全面系統(tǒng)的分析。研究表明Tc toxin家族是一類(lèi)在細(xì)菌中廣泛存在的多型性毒素系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)全基因組敲除文庫(kù)篩選，發(fā)現(xiàn)了宿主細(xì)胞膜表面的N-聚糖及糖胺聚糖可以分別介導(dǎo)不同Tc toxin的宿主靶向性。

　　我院宋楠副研究員分別為兩項(xiàng)研究工作的共同第一作者及第一作者，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所陳立宏副研究員及英國(guó)華威大學(xué)周哲敏博士為共同第一作者，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院病原生物學(xué)研究所楊劍研究員為共同通訊作者，楊國(guó)威研究員分別為兩項(xiàng)研究工作的共同通訊作者及通訊作者。

　　Tc toxin是一類(lèi)ABC型細(xì)菌毒素，最早發(fā)現(xiàn)于光桿菌(Photorhabdus)中，其通常是由TcA、TcB及TcC三個(gè)亞基按5：1：1的比例組成的高分子量蛋白質(zhì)復(fù)合體，其中TcC蛋白C末端毒力結(jié)構(gòu)域可經(jīng)由TcA形成的孔道轉(zhuǎn)運(yùn)至靶細(xì)胞內(nèi)部，進(jìn)而發(fā)揮毒性作用。目前國(guó)際上對(duì)該細(xì)菌毒素的研究主要集中于結(jié)構(gòu)生物學(xué)方面，但是對(duì)于它在其他病原菌中的分布情況、宿主細(xì)胞靶向性、及其是否參與病原菌相關(guān)感染性疾病的致病過(guò)程等仍然未知。

　　該研究首先針對(duì)TcA、TcB及TcC蛋白的保守結(jié)構(gòu)域信息，通過(guò)基于隱馬模型的蛋白特征譜結(jié)合基因組排列關(guān)聯(lián)性分析，從公開(kāi)的細(xì)菌基因組序列中，識(shí)別出2528個(gè)tc基因簇，發(fā)現(xiàn)其中大部分Tc toxin分布于假單胞菌、沙門(mén)氏菌、變形桿菌、耶爾森氏菌等臨床常見(jiàn)病原菌中。針對(duì)TcC蛋白C末端潛在毒力結(jié)構(gòu)域進(jìn)行了聚類(lèi)分析和功能預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示這些Tc toxin可能編碼了百余種未知的毒力因子。隨后，為了促進(jìn)后續(xù)的相關(guān)功能研究，還專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)構(gòu)建了開(kāi)放共享的Tc toxin數(shù)據(jù)庫(kù)。進(jìn)一步通過(guò)對(duì)EnteroBase數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄的近30萬(wàn)沙門(mén)氏菌和耶爾森氏菌基因組草圖中的tc基因簇的深入分析，揭示了TcC蛋白R(shí)HS-core基序不僅對(duì)于其C末端結(jié)構(gòu)域的自剪切釋放至關(guān)重要，而且其高度保守的核酸序列還能通過(guò)同源重組的方式介導(dǎo)Tc toxin毒力結(jié)構(gòu)域的水平轉(zhuǎn)移。從而以進(jìn)化的角度解析了Tc toxin作為一類(lèi)多態(tài)型毒素家族，如何獲得不同毒力結(jié)構(gòu)域的可能分子機(jī)制。

　　Tc toxin的靶細(xì)胞特異性是由TcA五聚體決定，目前P. luminescens的TcA蛋白(Pl-TcdA1)相關(guān)的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)已被解析，但具體的結(jié)合機(jī)制尚未闡明。該研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)上述Tc toxin數(shù)據(jù)庫(kù)中的1189個(gè)TcA蛋白的聚類(lèi)分析，發(fā)現(xiàn)其可以分為5個(gè)亞類(lèi)，且不同亞類(lèi)存在較好的種屬特異性。目前功能研究較為明確的Tc多由I型TcA蛋白參與組成。通過(guò)CRISPR-Cas9全基因組敲除細(xì)胞文庫(kù)結(jié)合二代測(cè)序技術(shù)，該研究發(fā)現(xiàn)不同的I型TcA蛋白具有不同的靶細(xì)胞結(jié)合分子，例如Pl-TcdA1和Pl-TcdA2可分別通過(guò)N-聚糖及糖胺聚糖等分子實(shí)現(xiàn)Tc toxin與靶細(xì)胞的結(jié)合。該研究說(shuō)明Tc toxin家族細(xì)菌毒素不僅存在多種毒力結(jié)構(gòu)域，不同TcA蛋白還具有其特異的結(jié)合分子及靶細(xì)胞，并進(jìn)一步提示Tc toxin可能作為重要的細(xì)菌毒素，介導(dǎo)不同種屬細(xì)菌的宿主定植及毒力作用。

　　上述兩項(xiàng)連續(xù)性研究工作闡明了Tc toxin的廣泛分布及毒力作用多樣性，并為后續(xù)研究該細(xì)菌毒素的致病機(jī)制提供了詳實(shí)的數(shù)據(jù)支持及研究體系。此外，通過(guò)充分解析TcC蛋白C末端結(jié)構(gòu)域的理化性質(zhì)及TcA蛋白受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域，后續(xù)研究可能將該細(xì)菌毒素改構(gòu)為具有靶細(xì)胞特異性的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)工具，因此在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

　　研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金(81801980，31970635，82072234)、北京市醫(yī)院管理中心“青苗”計(jì)劃(QML20190107)及中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院創(chuàng)新基金(2017-I2M-3-017)等項(xiàng)目資助。

　　(科技處)