[賴爾珉/郭志鴻] 植微所合作團隊揭開細菌第六型蛋白質分泌系統控制效應分子運送專一性的神秘面紗

本院植物暨微生物學研究所賴爾珉研究員研究團隊,與所內郭志鴻副研究員合作,以普遍存在於土壤中的植物重要腫瘤病原細菌「農桿菌」為研究對象,首度揭開細菌第六型蛋白質分泌系統效應分子運送機制的神秘面紗。研究團隊發現第六型蛋白質分泌系統其VgrG 蛋白質演化出具有高度變異性的C末端來決定Tde DNA分解酶毒素分子運送的專一性,並藉由將Tde 毒素分子注射至目標細菌中來增進其生存之競爭能力。此篇論文已於2016年6月16日刊登於重要國際期刊「美國國家科學院院刊 (Proc Natl Acad Sci USA)

自然界中,許多革蘭氏陰性細菌可藉由其第六型蛋白質分泌系統為武器,將效應分子直接注射到真核宿主細胞或其他所接觸的細菌競爭對手細胞內,除了可以提高本身感染真核宿主的能力外,更可藉由殺死其他細菌競爭對手來提高自身在不同環境或真核宿主中之生存競爭優勢。目前已知第六型蛋白質分泌系統運送效應分子的方式為透過將效應分子與噬菌體尾端相似的結構組成分子融合或產生交互作用的多重式策略來進行。然而,現今對於第六型蛋白質分泌系統效應分子的輸送機制以及參與此運送功能的組成分子仍然不清楚。研究團隊利用植物腫瘤病原細菌-農桿菌為研究模式系統來探討其第六型DNA分解酶毒素分子Tde1及Tde2的輸送機制 。本研究發現數個蛋白質組成分子是Tde毒素分子輸送所必需,這些組成分子分別為spike蛋白質(VgrG1及VgrG2),adaptor/chaperone 以及sharp tip PAAR蛋白質。有趣的是,VgrG1及VgrG2蛋白質演化出具有高度變異性的C末端來決定Tde毒素分子輸送的專一性。 遺傳及生化證據發現VgrG1蛋白質的C末端,會與特定的adaptor/chaperone及PAAR蛋白質產生交互作用以輸送Tde DNA分解酶毒素分子至目標細菌中,以增加其生存之競爭能力。進一步基因組序列分析的結果更發現此特定的基因組成廣泛分佈於不同的Proteobacteria中,暗示著VgrG蛋白質C端主宰效應分子運送方式可能是一個具高度保留性的第六型效應分子輸送機制。

此研究為本院植物暨微生物學研究所之所內合作成果。本論文第一作者帝凡內為中央研究院國際研究生學程與中興大學合作的「分子與生物農業科學學程」的博士班研究生,全部作者依序為帝凡內、林哲生、馬麗珊、郭志鴻、賴爾珉。本研究經費來源係由中央研究院及行政院科技部所支持。

論文參考網站: http://www.pnas.org/content/early/2016/06/15/1600428113