衣原体毒性蛋白的晶体结构

木虫子

2008年12月11日，北京生命科学研究所柴继杰实验室在Cell Host Microbe杂志上发表了题为 “Structural Basis for Activation and Inhibition of the Secreted Chlamydia Protease CPAF”的论文，报道了CPAF在酶原状态、成熟状态、以及其和蛋白酶体抑制剂lactacystin复合物三种状态下的晶体结构。

衣原体是普遍存在细胞内的病原体，而且许多种属能导致人类广泛感染致病。这些病症包括全球超过9千万人由于眼上皮细胞感染衣原体导致的可预防的失明，以及泌尿系统上皮细胞感染引起的性病。尽管衣原体引起如此严重的健康问题，但人们其病原发生机理却不清楚。目前已知衣原体为了在感染宿主内生存，进化出多种策略来逃避宿主免疫识别以及免疫反应，其中包括通过抑制Major Histocompatibility Complex (MHC)抗原表达以及抑制受感染细胞凋亡来逃避宿主免疫识别以及反应，而衣原体毒性蛋白CPAF (Chlamydial Protease/Proteasome-like Activity Factor)被证明在感染细胞内降解包括MHC转录因子RFX5、上游刺激因子1（USF-1）、广谱的BH3-only前凋亡蛋白Puma等宿主蛋白，以抑制宿主免疫识别以及免疫反应。衣原体蛋白酶（体）样活性因子CPAF是一类序列功能都很保守的分子，它在所有种的衣原体感染宿主后都有表达，并显示出相似的蛋白酶活性。CPAF通过降解上面提及的多种宿主蛋白从而使得衣原体能够逃避宿主免疫识别，并且能够在受感染宿主细胞中顺利生存繁殖。

在这项研究中，报道了CPAF在酶原状态、成熟状态、以及其和蛋白酶体抑制剂lactacystin复合物三种状态下的晶体结构。结构比较和生化实验表明CPAF是一个由水分子介导的催化三元体组成的新型丝氨酸蛋白酶。CPAF酶原结构显示其活性位点被inhibitory segment的C端部分包围，同时其N端的存在使得CPAF维持在单体状态，CPAF通过在蛋白分子内部逐步的蛋白酶剪切，从而移除那些结合在活性中心以及维持CPAF单体状态的inhibitory segment而被激活，同时剪切后形成的分子间二聚体引发的水分子介导的催化三元体的组装使得CPAF完全激活，并具有蛋白酶活性。尽管CPAF和蛋白酶体结构上并不相关，但它们识别Lactacystin的方式却相当保守。这说明CPAF模仿蛋白酶体对Lactacystin的结合方式。这些结果不仅揭示了Lactacystin抑制CPAF活性的分子机理，而且第一次给出了Lactacystin除了抑制蛋白酶体外还能抑制其他蛋白酶的证据。这些实验结果阐明了CPAF蛋白酶的活化、催化以及Lactacystin抑制的机理，同时为以后理性设计小分子药物治疗衣原体引起的许多疾病提供结构基础。

黄志伟博士为本论文第一作者，论文的其他作者还有本所冯英才、吴晓静、黄思扬、肖兴国、李文辉博士、黄牛博士、谷立川博士，以及德州大学的Ding chen和Guangming Zhong博士。柴继杰博士为本文通讯作者。

此项研究为科技部863和北京市科委资助课题，实验全部在北京生命科学研究所完成。