自噬可以帮助对抗沙门氏菌和其他病原体

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bifa8887.com ,2019 年 7 月 18 日,我所邵峰实验室在《Cell》杂志在线发表题为 “A Bacterial Effector Reveals the V-ATPase-ATG16L1 Axis that InitiatesXenophagy” 的文章。文章报道沙门氏菌编码的效应蛋白 SopF 可以特异抑制异源自噬,敲除 sopF 基因后沙门氏菌可高效诱导异源自噬的发生。以此为突破口,鉴定出 V-ATPase 是感知细菌感染的关键蛋白,通过招募自噬蛋白 ATG16L1 介导异源自噬的启动。为真核细胞如何识别胞内细菌并触发自噬通路提供全新的分子机制。

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自噬 - 体内回收细胞物质的过程,可以帮助对抗沙门氏菌和其他病原体,据华威大学生命科学学院的研究人员研究了自噬如何消除细菌,预防疾病的发展。

真核细胞通过选择性自噬的方式识别胞内病原体的过程称为异源自噬。异源自噬在宿主天然免疫防御中发挥重要作用。关于异源自噬发生的分子机制一直是领域内研究的热点问题。虽然已有众多假说被提出,但由于现有模型中异源自噬发生比例低等问题的存在,使得人们很难判断假说的正确性。

沙门氏菌是一种全球性的重要的食源性人畜共患病致病菌。目前,能够消除细胞内沙门氏菌的有效方法仍然非常有限。17日,科技日报记者从扬州大学获悉,由该校医学院高利增教授课题组和中国农业科学院家禽研究所施寿荣副研究员课题组合作研究发现,利用纳米氧化铁能够有效起到抑制鸡组织上和细胞内沙门氏菌的作用。

由华威大学生命科学学院的Ioannis Nezis博士和英国诺里奇Earlham研究所和Quadram研究所的Tamas Korscmaros博士领导的跨学科研究团队筛选了来自56种致病菌种的蛋白质组 - 看看自噬是如何反应的他们。

沙门氏菌经常被用作研究异源自噬机制的生物模型。然而, 人们很早就注意到, 侵入宿主细胞内的沙门氏菌仅在感染早期有少量细菌会被细胞自噬识别。除了研究宿主细胞中的天然免疫通路,邵峰实验室也长期致力于研究细菌效应蛋白抑制宿主的免疫识别过程。于是研究者猜想沙门氏菌中可能存在抑制异源自噬的效应蛋白。通过沙门氏菌转座子遗传筛选,研究者发现一个全新的沙门氏菌 III 型分泌系统效应蛋白,SopF,可以抑制异源自噬。sopF 基因的敲除使得细菌被自噬识别的水平提高至 80%。另外,研究者还发现,在真核细胞外源表达 SopF 可抑制不同种类细菌触发的自噬过程,但对于经典自噬通路却没有抑制作用。因此 SopF 的发现为研究异源自噬通路的机制提供了一个绝佳的突破口。

“沙门氏菌作为一种兼性胞内菌,它能够侵入宿主细胞内存活,逃逸宿主免疫系统和大部分抗生素的杀菌作用,引起抗生素耐药。我们联合科研团队以沙门氏菌感染的主要来源——鸡为试验动物,从体外抑菌、细胞实验、体内实验三个层次发现了纳米氧化铁对沙门氏菌的抑制作用。这将为清除隐藏在宿主细胞内逃避宿主免疫系统和抗菌药物治疗的顽固性细菌感染,提供一种新的防治策略。”高利增说。

筛选的56种物种中的一些包括沙门氏菌,志贺氏菌,李斯特菌,结核分枝杆菌和葡萄球菌。他们确定了宿主细胞如何使用自噬来清除入侵的细菌,以及细菌如何使用它们的蛋白质来逃避这种清除。

经过巧妙的实验设计,研究者利用 CRISPR 与流式分选技术相结合的方法,筛选出 V-ATPase 复合物可能参与异源自噬过程。并利用三组平行实验证明了 V-ATPase 复合物介导异源自噬。在触发异源自噬的条件下,研究者检测到 V-ATPase 复合物招募自噬蛋白 ATG16L1 至包裹细菌的膜泡结构上,并启动异源自噬。研究者还证明细菌感染过程中引发的膜泡损伤被 V-ATPase 感知而结合 ATG16L1。V-ATPase 与 ATG16L1 的相互作用依赖于 ATG16L1 的 WD40 结构域, 并且二者的结合可以被 SopF 破坏。SopF 通过抑制 V-ATPase-ATG16L1 通路进而促进沙门氏菌在体内的扩散与增殖。

据介绍,这项研究揭示了纳米氧化铁抑制胞内沙门氏菌的作用机制:沙门氏菌感染引起自噬,同时纳米氧化铁能够进入自噬泡内并借用自噬泡内的酸性环境,发挥类过氧化物酶活性,提高胞内活性氧水平,与溶酶体共同作用清除胞内沙门氏菌,从而起到了抑制沙门氏菌增殖的作用。日前,相关研究成果已发表在生物医学权威学术期刊《Theranostics》上。

他们发现宿主细胞利用自噬来靶向特定的细菌蛋白质进行循环利用。细菌可以使用这些细菌蛋白来帮助它们逃脱清除。

通过解析 SopF 的晶体结构, 研究者发现其具有 ADP - 核糖基转移酶活性。经过巧妙的修饰底物富集的实验设计与质谱鉴定, 研究者证明 SopF 可以催化 V-ATPase 复合物中 ATP6V0C 亚基的第 124 位谷氨酰胺发生 ADP

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