势不可挡!北京大学高宁团队连续发表Cell及Nature

  2019年3月21日,北京大学高宁与中国医学科学院病原生物学研究所金奇共同通讯在Cell在线发表题为“Cryo-EM Structure and Assembly of an Extracellular Contractile Injection System”的研究论文,该研究报告了来自P. asymbiotica的完整PVC的冷冻电子显微镜结构。这种超过10-MDa的蛋白装置类似于简化的T4噬菌体尾部,包含六个六角形基板复合物和一个带帽的117纳米鞘管。 PVC的一个显著特征是管和鞘蛋白的三种变体的存在,表明它们在进化过程中的功能特化。该研究为理解广泛使用的CIS的一般机制提供了框架,并为将其用作生物或治疗应用中的递送工具铺平了道路。

  2019年3月13日,北京大学高宁课题组和清华大学陈柱成课题组合作在Nature Structural & Molecular Biology 杂志发表题为”Structures of the ISWI-nucleosome complex reveal a conserved mechanism of chromatin remodeling“的研究论文,该研究采用冷冻电镜技术解析了ADP-BeFx和ADP两种状态下染色质重塑蛋白ISWI与其底物核小体结合的高分辨结构。通过与核小体的相互作用,ISWI催化核心core2亚基发生148°的旋转,从而解除ISWI蛋白本身的自抑制,这一结构发现揭示了核小体激活ISWI的机理。该研究结果表明染色质重塑的一般机制涉及局部DNA畸变而没有明显的组蛋白变形,为理解ISWI发挥重塑功能的分子机理提供了结构生物学基础。

  另外,2018年7月4号,北京大学生命科学学院、北京大学-清华大学生命科学联合中心高宁研究组与香港科技大学的戴碧瓘研究组合作,在Nature 杂志以长文形式发表了题为“Structure of the origin recognition complex bound to DNA replication origin”的研究论文,报道了结合有复制起点DNA(ARS305)的酿酒酵母起点识别复合物(ORC)3-Å分辨率的冷冻电镜结构。此高分辨率结构不仅为理解酵母ORC如何识别和结合序列特异性的DNA复制起点提供了分子基础,同时也阐明了ORC如何通过弯曲DNA来进一步加载DNA复制解旋酶MCM2-7的分子过程。

  可收缩注射系统(CIS)是多种但与进化相关的大分子装置的集合,其利用收缩鞘管组件来递送核酸和蛋白质底物。经典的CIS,例如噬菌体T4,P2和Mu的收缩尾部,已经进行了数十年的深入研究,以研究它们的结构,组装和机制。除了收缩噬菌体之外,噬菌体尾状CIS也普遍存在于细菌中,以介导细胞间通信并发挥细胞防御。

扩展状态下PVC颗粒的总体结构

  一个这样的例子是经过充分研究的VI型分泌系统(T6SS),它跨越革兰氏阴性细菌的内膜和外膜,并从细胞质中注入效应物。 T6SS具有与T4噬菌体的收缩尾部类似的结构,并且可以靶向细菌和真核细胞,进而产生细胞毒性。另一个与T6SS机制不同的例子是细胞外CIS(eCIS),它被释放到外面并从那里攻击靶细胞。虽然这些eCIS分布广泛,但由于其结构的复杂性和生理功能的多样性,对其结构的完整描述和对其机制的完整理解仍有待探索。

Sheath Tube-Base plate复合体的原子模型

  Photorhabdus属通常被认为是昆虫病原体;然而,P. asymbiotica也已从临床标本中分离出来,并且在美国和澳大利亚报道了人类感染病例。 P. asymbiotica基因组中存在多个pvc簇:这些基因中的一些编码已知CIS复合物的同源蛋白,但没有发现T6SS膜复合物的同源基因 。另外,推定的效应子的一个或多个基因存在于pvc簇的下游。系统发育证据表明,PVC的结构成分与T6SS和R型pyocins共有一个共同的祖先,表明它们之间具有潜在的相似结构。此外,PVC在细菌细胞外释放以起作用,这将使其生化和功能表征变得容易。因此,这种PVC可能是研究典型eCIS的组装和功能的理想模型系统。

Pvc11和Pvc12的域组织

  在这项研究中,研究人员得到了来自P. asymbiotica的PVC颗粒的近原子冷冻电子显微镜(cryo-EM)结构,这使得PVC与其他CIS的详细比较成为可能。通常,PVC是噬菌体尾状结构,包括底板复合物和圆柱体,但具有非常简化的楔形组合物。在颗粒的远端,显示封盖的六聚体终止并稳定鞘和管。此外,遗传和生化数据表明这种巨大的收缩装置的装配途径,该研究提供了广泛的噬菌体尾状收缩纳米装置的结构和作用模式的见解。

文章总结

  总之,该研究为理解eCIS的一般机制和组装提供了丰富的结构细节,这种PVC注射器作为一种简单的真核生物靶向CIS,可能有可能进一步转化为用于生物和治疗目的的递送工具。