Science:結核分枝桿菌脂磷酸酶劫持宿主泛素抑制細胞焦亡
2022年10月14日,來自中國科學院微生物研究所劉翠華等研究人員合作在《科學》雜志發表了標題為“A bacterial phospholipid phosphatase inhibits host pyroptosis by hijacking ubiquitin.”的研究成果,發現一種細菌性磷脂磷酸酶通過劫持泛素抑制宿主的焦亡。
炎癥小體(inflammasome)是近年來在哺乳動物免疫細胞中發現的一種多聚蛋白復合物,主要由胞質中的模式識別受體(如NLRP3和AIM2等)、凋亡相關斑點樣蛋白(ASC)及caspase-1前體蛋白(pro-caspase-1)組成。已有研究提示,炎癥小體—細胞焦亡通路在宿主抵抗Mtb等病原體感染過程中發揮重要作用。然而,這些病原體是否能夠以及如何逃逸該免疫機制尚不清楚。
在本項研究中,研究人員通過在HEK293T細胞中構建AIM2和NLRP3炎癥小體的重組系統對Mtb編碼的真核樣分泌蛋白進行全面篩選,鑒定出Mtb分泌的蛋白磷酸酶PtpB是宿主炎癥小體—細胞焦亡通路的潛在抑制分子。進一步的研究表明,PtpB在Mtb感染時可定位至宿主細胞質膜并依賴其磷酸酶活性去磷酸化質膜上的磷脂酰肌醇-4-單磷酸(PI4P)及磷脂酰肌醇-(4,5)-二磷酸(PI(4,5)P2),從而抑制GSDMD-N在質膜上的聚集并阻止細胞焦亡及細胞因子IL-1β和IL-18的釋放。PtpB雖然在細胞內具有顯著的去磷酸化PI4P及PI(4,5)P2的功能,但其在細胞外僅表現出有限的脂磷酸酶活性。結構生物學分析表明PtpB的酶活中心(P-loop)被掩蓋在一個蓋狀的柔性雙螺旋結構(lid)內,提示其磷酸酶活性可能受到動態調控。進一步的深入探尋證實了PtpB依賴一個特殊的真核樣泛素結合模序(UIM-like)通過疏水相互作用結合宿主泛素并被其激活進而去磷酸化PI4P和PI(4,5)P2,導致這兩種分子在宿主細胞質膜上的豐度顯著減少進而抑制GSDMD-N在質膜上的聚集及細胞焦亡的發生。隨后的小鼠感染實驗證明,破壞PtpB的脂磷酸酶活性或泛素結合區域可以顯著增強宿主在感染早期依賴GSDMD的保護性免疫反應及清除Mtb的能力,并減輕宿主在感染晚期的病理性免疫損傷。因此,病原體通過改變宿主的膜組成來抑制焦亡作用并抵消宿主的免疫力。