Nat. Commun 西北农林科大揭示细菌细胞-细胞通讯新途径

近日，西北农林科技大学沈锡辉教授团队在《Nature Communications》发表了题为“A secreted effector with a dual role as a toxin and as a transcriptional factor”的研究论文，报道了细菌六型分泌系统分泌的一个FIC型双功能效应蛋白CccR， 其不仅在细菌竞争中发挥功能，还在细菌细胞通讯方面发挥独特的功能。

FIC蛋白（filamentation induced by cAMP）可诱导细菌细胞丝状化的形成，含有保守的FIC基序(HXFX(D/E)GNGRXXR)，可催化靶标蛋白的磷酸化、AMP化、UMP化、磷酸胆碱化等翻译后修饰（posttranslational modifications, PTM）。细菌六型分泌系统（type VI secretion system，T6SS）是革兰氏阴性细菌中一种分布广泛的接触依赖型竞争武器，可将不同类型的杀菌毒素蛋白（如：细胞壁降解酶、核酸酶、膜穿孔蛋白、磷脂酶和NADase等）注射到被攻击者细胞内发挥特异的活性，杀死被攻击细菌，从而使攻击者细菌获得生长竞争优势。但目前尚无关于T6SS分泌FIC家族毒素蛋白的报道。

此前，本课题组发现假结核耶尔森氏菌T6SS分泌的效应蛋白Tce1作为一种新型核酸酶类毒素，发挥接触非依赖型杀菌功能的新机制（Song et al., Nature Communications, 2021）。本研究中，我们进一步在Tce1阅读框上游鉴定到一个经T6SS分泌的FIC家族蛋白CccR，该蛋白除了含有FIC结构域外，还包含一个DNA结合（helix-turn-helix, HTH）结构域，并正式其确实具有结合自身基因启动子区DNA发挥转录抑制功能的能力。研究发现，CccR除了介导接触依赖型竞争，还可像细菌素一样通过劫持靶标细菌外膜转运蛋白FhuA进入胞内介导非接触依赖型竞争。作为一个双功能蛋白，当进入竞争者细菌细胞后，CccR主要通过AMPylation化修饰细胞分裂关键蛋白FtsZ而抑制“Z”环的形成，破坏细胞分裂机器的装配，从而导致细菌细胞丝状化；当进入同类细菌细胞后则可以发挥转录抑制功能而关闭毒素基因的表达。我们还发现相比同类细菌，CccR优先进入竞争者细菌发挥竞争作用，抑制其细胞分裂，而在竞争后期当群体中竞争者细胞数量减少后，CccR则进入同类细菌细胞并发挥负调控作用关闭毒素合成基因的表达。

群体感应是细菌中细胞-细胞通讯的主要方式，群体感应信号分子或者通过进入细胞后结合转录因子发挥基因表达调控功能，或者在细胞膜上受体蛋白介导下经过一系列信号转导途径激活下游基因的表达，而CccR作为一种分泌型转录因子，可直接进入其它细胞发挥转录调节功能，因此代表了一种更为简单的单分子形式的细胞-细胞通讯新途径。

福建师范大学和塔里木大学研究人员参与了本研究，西北农林科技大学博士生王丹丹，青年教师朱玲芳以及福建师范大学青年教师甄向凯为本论文的共同第一作者，沈锡辉教授和福建师范大学欧阳松应教授为本论文的共同通讯作者，塔里木大学万传星教授等人为论文的共同作者。研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和校双一流学科建设经费等项目的资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35522-9

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