結核分枝桿菌（M.tuberculosis, Mtb）感染引起的結核?。═uberculosis, TB）是重要的致死性慢性傳染病，嚴重威脅全球人類健康。據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）報道，2019年全球約有1000萬新發(fā)TB患者，約有141萬人死于TB。

Mtb是一種兼性胞內(nèi)寄生菌，其能夠運用多種策略干預宿主細胞的正常功能從而逃逸宿主免疫反應，進而實現(xiàn)其在宿主細胞的長期存活。

中國科學院微生物研究所劉翠華研究組長期致力于研究Mtb等重要病原菌感染與宿主免疫調(diào)控新機制，尤其聚焦Mtb通過劫持宿主泛素系統(tǒng)實現(xiàn)免疫逃逸的新機制以及宿主泛素系統(tǒng)促進抗感染固有免疫功能的分子機制。

近年來先后在Nature Immunology、NatureCommunication、ProcNatl Acad Sci、Cellular & Molecular Immunology等雜志發(fā)表系列研究工作，揭示了病原菌與宿主間相互博弈的動態(tài)過程及分子機理，為抗結核治療及藥物研發(fā)提供了新思路和特異靶點。

Mtb編碼一系列真核樣磷酸酶/激酶家族蛋白，其中真核樣酪氨酸磷酸酶PtpA和真核樣絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶PknG均為分泌性效應蛋白，且與Mtb的胞內(nèi)存活過程密切相關，因此Mtb PtpA和Mtb PknG一直是研發(fā)抗結核新藥的潛在重要靶點，但目前關于其調(diào)控宿主免疫功能的具體機制，包括相關的細胞生物學過程、關鍵信號通路和靶點，以及所涉及的蛋白間互作和生化調(diào)控機制尚未完全明確。

因此，深入研究Mtb PtpA和Mtb PknG干擾宿主免疫反應的分子機理，將有利于提供基于Mtb-宿主細胞互作界面的抗結核新靶點，為新型結核病預防及治療藥物和疫苗的開發(fā)提供新策略。

劉翠華研究組以往研究發(fā)現(xiàn)Mtb PtpA與宿主泛素（Ub）相互作用，并先后揭示了Mtb PtpA通過在細胞質(zhì)俘獲Ub激活自身磷酸酶活性以抑制宿主固有免疫反應的分子機制（NatureImmunology, 2015），以及Mtb PtpA在細胞核以泛素非依賴的形式促進腫瘤細胞增殖的分子機制（NatureCommunications, 2017）。

近期，劉翠華研究組與北京師范大學邱小波教授團隊以及微生物研究所高福院士團隊的最新合作研究揭示了Mtb PknG可與宿主泛素系統(tǒng)的另一種關鍵蛋白—泛素耦合酶（E2）UbcH7發(fā)生特異性結合，并催化一種非經(jīng)典的兩步泛素化級聯(lián)反應來靶向調(diào)控宿主泛素系統(tǒng)，進而抑制宿主的固有免疫應答。

具體來說，Mtb PknG同時具有非經(jīng)典的泛素激活酶（E1）和泛素連接酶（E3）活性，并可利用其雙功能酶活性促進宿主細胞中的腫瘤壞死因子受體相關因子2（TRAF2）和TGF-β激活激酶1（TAK1）的泛素化及降解，最終抑制NF-κB固有免疫信號通路的活化。

本研究的關鍵創(chuàng)新點和科學意義為：

1）首次發(fā)現(xiàn)了Mtb 中同時具有E1和E3活性的效應蛋白PknG及其靶向的宿主蛋白底物（TRAF2和TAK1）。

2）揭示了Mtb調(diào)控的泛素化過程可以由兩步級聯(lián)反應催化實現(xiàn)。經(jīng)典的泛素化修飾是一個由E1、E2和E3依次催化的三步酶促級聯(lián)反應，而PknG則可通過兩步介導底物的泛素化修飾。在一步反應中，PknG通過其新型的Ubl結構域與UbcH7互作，并作為E1促進Ub與UbcH7的共價結合，同時可進一步利用其異肽酶活性催化Ub自UbcH7-Ub復合物上解離以獲得活化的Ub。

有趣的是，PknG直接催化Ub以異肽鍵的形式結合至UbcH7的Lys82位點，其間無需形成硫酯鍵連接的PknG-Ub中間體，而經(jīng)典的E1通常催化Ub以硫酯鍵的形式結合至UbcH7的Cys86位點，且其間需要形成硫酯鍵連接的E1-Ub中間體。在第二步反應中，PknG可作為E3將活化的Ub轉(zhuǎn)移至底物蛋白上，并促進它們的泛素化降解。

3）闡明了原核生物調(diào)控宿主泛素化過程的特殊能量來源。經(jīng)典E1活化Ub的過程經(jīng)常利用ATP水解為AMP來提供能量，而PknG促進Ub活化的能量來源于ATP水解為ADP所釋放的能量。

綜上，本研究的創(chuàng)新性成果刷新了對已有泛素化催化機制的認識，揭示了一種病原菌靶向宿主泛素系統(tǒng)的新策略，提供了基于病原-宿主界面的抗結核治療新靶點（即MtbPknG的非經(jīng)典E1和E3酶活相關的Ubl結構域，該結構域與非致病性分枝桿菌及宿主細胞間幾乎無同源性）（圖1）。

圖1. MtbPknG通過催化非經(jīng)典的兩步泛素化級聯(lián)反應抑制宿主固有免疫的模式圖

相關研究結果已在線發(fā)表于國際權威期刊EMBO reports上，題為“M.tuberculosisprotein kinase G impairs host immunity by acting as an unusualubiquitinating enzyme”。

劉翠華研究組的項目研究員汪靜、博士研究生葛浦浦和碩士研究生雷澤慧為該論文的共同第一作者，中國科學院微生物研究所劉翠華研究員、北京師范大學邱小波教授以及中國科學院微生物所高福院士為本文的共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金委、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）、國家重點研發(fā)計劃項目、國家科技重大專項以及中國科學院青年創(chuàng)新促進會人才項目的資助。