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来自上海交通大学系统生物医学研究院的陶生策研究团队,利用独有的肺结核分枝杆菌蛋白组芯片构建了首个肺结核分枝杆菌丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Serine/Threonine Protein Kinase, STPK)蛋白相互作用网络。该研究成果于2017年6月1日在国际蛋白质组学领域排名第一的专业期刊Molecular &Cellular Proteomics(MCP)上在线发表。
肺结核是全球致死率最高的几种感染性疾病之一,每年有将近150万人死于肺结核感染。肺结核的主要致病菌是肺结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis, Mtb)。由于与HIV的共感染以及结核菌耐药问题的日益严重,结核病仍然是全球公共卫生领域的重大威胁(图1)。要应对结核病防控方面的关键问题,必需从基础研究入手。
众所周知,磷酸化在原核生物和真核生物中的信号转导过程中均发挥重要作用。特别是STPK,是真核生物中最主要一类蛋白激酶家族。通常情况下,原核生物,如常规病原菌以及一些被广泛研究的模式生物不含有STPK,其信号转导主要是通过双组份系统来进行。但令人惊讶的是,在Mtb中含有11种STPK。根据它们序列的相似性,Mtb的STPK可被分为五类:第一类包含PknA, PknB和PknL;第二类包含PknD,PknE和PknH;第三类包含PknF, PknI和PknJ;第四类包含Pkn,第五类包含PknK。越来越多的研究发现,STPK在调控多种环境变化、细胞壁的合成、细胞分化以及病原-宿主相互作用中发挥了至关重要的作用(图2)。
为了系统地研究STPK-蛋白相互作用,他们纯化全部11种STPK,并且都带有GST和V5亲和标签,以利于后续的芯片实验。随后将纯化好的激酶与结核分枝杆菌蛋白质组芯片进行孵育,清洗后通过芯片扫描仪确定与STPK相互作用的蛋白质。为了验证找到的这些蛋白质相互作用的可靠性,科学家们进行了体外:Bio-Layer Interferometry (BLI)实验和体内:酵母双杂交实验来进一步验证我们的实验结果。最后,构建了一张属于STPK-蛋白相互作用的网络图。并且从当中找到了一些新的作用底物进行了功能研究(图3)。
本研究中,采用Mtb蛋白质组芯片进行了全部11种Mtb STPK相互作用蛋白质的系统性发现。构建了STPK蛋白相互作用网络,其中包含492种蛋白质以及1,027个相互作用(图4)。