最新科研支撑成果报道

    近日,微生物技术国家重点实验室高水平研究成果频频发表,224日,Nature Communications在线发表了山东大学国家糖工程技术研究中心和微生物技术国家重点实验室合作的题为“Discovery of exolytic heparinases and their catalytic mechanism and potential application”的研究论文。山东大学国家糖工程技术研究中心博士生张庆冬和微生物技术国家重点实验室博士后曹海岩为本文的共同第一作者,李福川教授和张玉忠教授为共同通讯作者。山东大学为第一完成单位和通讯作者单位。

    219日,Nature Microbiology在线发表了微生物技术国家重点实验室高翔教授课题组题为“The Salmonella Effector Protein SopD targets Rab8 to positively and negatively modulate the inflammatory response”的研究论文。高翔教授与耶鲁大学的Jorge Galán教授为该研究的共同通讯作者,Jorge Galán组博士后连欢与高翔组博士后姜昆、博士研究生童明为共同第一作者。山东大学微生物技术国家重点实验室为第一作者单位和通讯作者单位。

    112日,Nature Communications在线发表了微生物技术国家重点实验室卞小莹教授课题组、武大雷教授课题组与张友明教授课题组合作的题为“Engineering and Elucidation of the Lipoinitiation Process in Nonribosomal Peptide Biosynthesis”的研究论文,微生物技术国家重点实验室博士研究生钟林、刁晓彤和2020届硕士毕业生张娜为该文章共同第一作者,卞小莹教授、武大雷教授和张友明教授为论文共同通讯作者,山东大学微生物技术国家重点实验室为第一作者单位和通讯作者单位。

    生命环境研究公共技术平台物质结构鉴定分平台为以上研究成果提供了重要支撑。

    李福川教授课题组和张玉忠教授课题组从细菌基因组中首次发现和鉴定了五个新型的外切型肝素酶:BIexoHepBCexoHepBTexoHepBFexoHepPAexoHep,它们与已鉴定的肝素酶同源性极低。底物降解模式研究发现,该类酶对HS/HP的降解是通过从糖链的还原端依次切除二糖单位进行的,仅产生不饱和二糖产物,是典型的外切酶,被命名为exoHepase。对代表性酶BIexoHep的结构研究发现,该酶由一个N端小的β折叠结构域、中央(α/α)5桶状结构域和C端β-三明治结构域三部分组成。进一步对酶与底物复合物结构的研究发现,BIexoHep与已知的内切型Hepase不同,该酶具有一个独特的“L”型半开放底物催化反应通道,该通道具有一个带正电的入口和带负电的出口,可以严格控制HS/HP糖链进入、降解和二糖产物的释放。此外,该研究还首次利用exoHepase初步建立了一种HP寡糖酶解测序方法。论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-021-21441-8


01  BIexoHep结构及“L”型反应通道示意图

    高翔教授课题组首次从分子水平上揭示了沙门氏菌效应蛋白SopD的作用机制,该研究基于GTPase酶活性检测实验对SopD的潜在作用靶点进行了筛选,结果表明SopD是一个特异性作用于Rab8G蛋白的GAPGTPase activating proteinGTPase激活蛋白)。通过解析SopD与其在宿主细胞中的作用靶点Rab8蛋白的复合物晶体结构,发现两者的相互作用界面与经典的GAP-Rab差异较大,且该互作界面与GDI-Rab互作界面在空间上有所冲突,由此推测SopDGAP活性外还具有类似GDFGDI置换因子)的另一功能,该假设通过体外水平的竞争性CO-IP实验和体内水平的细胞侵染实验均得到了验证。该研究发现SopD是少有的同时兼具“阴-阳”双向功能的效应蛋白。一方面SopD通过其GAP活性抑制Rab8介导的抗炎通路,增强炎症反应,促进沙门氏菌的入侵和增殖。另一方面SopD还可通过其类GDF功能,将Rab8从与GDI的紧密结合中释放,促进Rab8蛋白的再激活;通过增强Rab8的介导的抗炎反应,辅助宿主细胞恢复稳态,利于沙门氏菌在宿主细胞的长期定殖。上述研究结果不仅丰富了关于沙门氏菌致病机制的认识,更展示了沙门氏菌效应蛋白在进化过程中的一个杰出产物,为后续针对SopD蛋白研究以及以SopD为靶点的抗菌药物的开发打下了理论基础。论文链接:https://rdcu.be/cfsmN


02  SopDRab8的调控示意图

    卞小莹教授课题组、武大雷教授课题组与张友明教授课题组联合攻关,在非核糖体脂肽生物合成与工程化方面取得突破。课题组前期在一株伯克氏菌中通过基因簇激活发现了两类含有不同长度脂肪酸链的脂肽rhizomideholrhizin。它们负责装载脂肪酸的Cs结构域,具有很高的同源度,但是其装载的脂肪酸链长度却有较大差异 (C2 vs C8)。作者首先利用Cs结构域交换发现能够成功改变两类脂肽的脂肪酸链,确立了一种改变脂肽的脂肪酸链的遗传学方法。并进一步将全长Cs结构域交换的方法应用于Glidobactin A的脂链改造,也成功获得了脂肪酸链改变的衍生物,证明了该策略具有较好的普适性。进而,通过筛选Cs结构域突变体与底物的结合能力,首次成功获得了Cs结构域与供体底物辛酰辅酶A的共结晶结构,结合关键位点的氨基酸突变,并进一步确定了负责脂肪酸链长度的其它关键氨基酸,实现了rhizomide的脂肪酸链长度从乙酰基到十六烷酰基(C2 - C16)的巨大改变,产生并鉴定了一系列的非天然脂肽。作者同时也获得了Cs结构域与供体底物辛酰辅酶A及受体底物模拟物的三元复合物结构,发现反应中心组氨酸对两底物均具有稳定定位的作用。同时基于获得的多种不同构象的Cs结构域的精细结构,提出其在催化脂链起始过程中存在的“从底物结合到产物释放”动态结构变化模型,进一步揭示了Cs结构域的催化机理。该研究通过Cs结构域替换和关键氨基酸突变为非核糖脂肽的脂肪酸链改造提供了可行的策略和较为普适的方法,为复杂脂肽的组合生物合成和工程化改造奠定了理论和实践基础。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-20548-8


03  Cs结构域与供体底物辛酰辅酶A的复合物结构及定向改造衍生物

    以上研究成果的蛋白质三维结构解析,均利用生命环境研究公共技术平台铜/钼双靶单晶X射线衍射仪Cu/Mo X-ray single crystal diffractometer (RigakuXtaLAB Synergy-DW)进行蛋白结构解析过程中的晶体衍射质量筛选和部分蛋白晶体衍射数据采集,为下一步高质量的蛋白晶体衍射数据采集(利用上海同步辐射光源)奠定基础。该设备可应用于蛋白大分子三维晶体结构解析、药物小分子晶体结构解析及手性判断等,广泛应用于生命科学、医学、化学、药学等领域。并且,为了促进蛋白质科学与结构生物学多个团队的科研工作,生命环境研究公共技术平台配套安装了HKL3000CCP4Phenix等等多个蛋白结构解析的专业软件。


04  单晶X射线衍射仪RigakuXtaLAB Synergy-DW


转自SDU公共技术平台公众号 https://mp.weixin.qq.com/s/d0h7iA3RqRU8cQ31Zfjl_g