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【新技术】SOPHIE策略:基于蛋白芯片筛选病原菌和宿主互作蛋白
时间:2018-04-17 10:17:17

结核分枝杆菌(M. tuberculosis,Mtb)俗称结核杆菌,是结核病的病原菌,该菌可侵犯全身各器官,尤以肺结核常见。结核病通过活动性呼吸道疾病患者咽喉和肺部产生的飞沫在人际间传播,其防控面临重大挑战。结核病防控需要深刻理解结核杆菌打破人体免疫系统的机制。结核杆菌对抗人体免疫系统的策略,包括结核杆菌利用效应子抑制宿主免疫反应。但目前识别的效应子非常有限,不能全局性的理解结核杆菌的攻击策略。

  最近上海交大陶生策教授实验室团队创新性的发明利用“结核杆菌蛋白质组芯片”筛选人巨噬细胞裂解液反向鉴定结核杆菌效应子的高通量方法SOPHIE (Systematic unlOcking of Pathogen and Host Interacting Effectors),利用该方法发现结核杆菌重要的效应子蛋白BfrB,并揭示其抑制人体免疫反应的分子机制,该项成果发表在蛋白组学顶级杂志《Molecular & Cellular Proteomics》。


病原菌与宿主互作蛋白鉴定SOPHIE方法解析

SOPHIE法的核心要点(图1):(1)选择病原菌宿主细胞,(2)细胞裂解物进行生物素标记,(3)生物素标记的裂解物孵育结核杆菌蛋白质组芯片,变性处理的生物素裂解物作为对照,分析差异信号的结核杆菌蛋白点,(4)将筛选的差异蛋白质利用pull-down技术反向鉴定人巨噬细胞中的靶点蛋白。


图1. 利用SOPHIE法鉴定结核杆菌效应子。

A. SOPHIE方法流程图(左图)和示意图(右图)。B. 利用SOPHIE方法鉴定结核杆菌的宿主细胞THP-1和U937人巨噬细胞系的结核杆菌互作效应子。


该方法最大的创新点是利用结核杆菌芯片上蛋白的位置信息,模拟结核杆菌入侵人体细胞的微环境,创新性的以裂解物混合标记进行差异筛选,并通过反向验证夯实结核杆菌效应子的角色。科学家的创新思维拍案称奇!接下来,其实只需要验证筛选到的一个效应子明确的分子机制就证明了SOPHIE方法筛选病原与宿主互作蛋白的强大潜力。


实力证明:鉴定的效应子BfrB抑制人免疫系统

陶老师团队利用结核杆菌的宿主细胞人巨噬细胞的裂解物,进行生物素标记,孵育结核杆菌蛋白质组芯片,并鉴定了Mtb膜蛋白和分泌蛋白质共26种。研究者进一步以筛选到的一个结核杆菌效应子BfrB进行详细的功能验证和机制分析。研究人员首先使用pull-down技术筛选到BfrB的宿主互作蛋白RPS3(图2)。


图2. 结核杆菌效应子BfrB结合宿主细胞蛋白RPS3。

A和B. 利用pull-down和质谱筛选验证效应子BfrB的互作蛋白RPS3。C. 利用体外pull-down验证BfrB和RPS3相互作用。


紧接着研究人员发现BfrB通过降低RPS3蛋白的核分布调控人体细胞免疫系统从而促进结核杆菌入侵人体细胞的分子机制(图3)。


图3. BfrB通过调控RPS3蛋白分布降低人体细胞的免疫力。

A. BfrB降低RPS3蛋白的核分布。B. BfrB降低NF-κB的活性。C. BfrB促进结核分枝杆菌在巨噬细胞的存活率。


在这项研究中,陶老师团队发明高效的病原菌与宿主互作蛋白鉴定实验系统SOPHIE法,并通过一个具体的结核杆菌效应子的功能验证和机制解析来证明SOPHIE方法的强大挖掘能力。通过SOPHIE法首次发现结核杆菌新的效应子BfrB,通过结合NF-κB亚基RPS3破坏宿主先天性免疫系统,提高结核杆菌规避人体免疫系统围攻的风险。


SOPHIE方法应用简评

陶生策教授团队利用结核杆菌蛋白质组芯片,系统性的提出鉴定结核杆菌效应子的高通量实验方法SOPHIE,研究团队鉴定的结核杆菌效应子蛋白的功能验证和机制解析将为系统性的理解结核杆菌入侵人体免疫系统提供全面的视觉。同时,该方法成功的案例证明基于蛋白芯片的SOPHIE方法具有强大的病原菌与宿主互作蛋白的挖掘能力。广州博翀生物是一家专业提供蛋白质芯片产品和技术服务的高科技公司,包括已被评定为广东省高新技术产品的MtbPro结核分枝杆菌蛋白组芯片,HuPro人类蛋白组芯片,酵母蛋白组芯片和细菌蛋白组芯片。这些芯片均可以使用SOPHIE方案进行病原菌和宿主互作蛋白的挖掘。如您有病原菌与宿主互作方面的研究课题,博翀生物愿真诚为您服务。


参考文献:

He X, et al. Systematic Identification of Mycobacterium tuberculosis Effectors Reveals that BfrB Suppresses Innate Immunity. [J]. Molecular & Cellular Proteomics, 2017:mcp.RA117.000296.


博翀生物MtbProt®结核分枝杆菌蛋白质组芯片:

 

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