PLOS Pathogens：上海生科院發現病原菌泛素化宿主蛋白並促進感染的分子機制

近日，學術期刊PLOS Pathogens在線發表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所胡榮貴研究組的論文Bacterial effector NleL promotes enterohemorrhagic E. coli-induced attaching and effacinglesions by ubiquitylating and inactivating JNK。該研究闡釋了腸出血性大腸桿菌EHEC O157：H7的毒力蛋白NleL通過泛素化宿主JNK蛋白從而促進細菌感染的新分子機制。

腸出血性大腸桿菌（EHEC）是一類可引起嚴重食源性疾病的致病菌，其中最重要的是血清型為O157：H7的菌株。EHEC O157：H7是導致人和牲畜發生腹瀉和出血性腸炎的主要原因之一，其引起的爆發感染逐年增加。EHEC O157：H7感染時會在宿主細胞上引起特徵性的A/E損傷，形成獨特的肌動蛋白聚集結構actin pedestals；A/E損傷的出現是EHEC成功感染宿主的標誌之一。一種來源於EHEC O157：H7的細菌效應蛋白NleL曾被證實在體外具有類真核生物泛素連接酶的活性，但是其在EHEC感染過程中的生物學特性及作用機理尚未清楚。

EHEC在感染過程中可以將NleL蛋白傳遞到宿主細胞內。該研究發現，細菌蛋白NleL能夠結合宿主JNK蛋白並對其特定位點進行單泛素化修飾和多泛素修飾。更為重要的是，NleL還可以有效地抑制JNK的磷酸化激活。NleL對JNK特定位點（K68）的單泛素化修飾干擾了JNK與上游磷酸激酶MKK7的結合，從而抑制了JNK磷酸化激活，進而抑制了下游c-Jun的磷酸化及轉錄因子AP-1的活性。AP-1還被發現可以參與調節actin pedestals（A/E損傷）的形成；而且NleL最終被證實可以通過抑制宿主JNK/AP-1通路來促進EHEC粘附宿主並形成A/E損傷。通過選用在結構和功能上類似於結腸上皮的人源Caco-2單層細胞模型進行體外細菌感染實驗，發現EHEC可以在Caco-2單層上形成明顯的A/E損傷，可用來替代體內感染實驗，彌補EHEC不能以普通小鼠作為實驗動物的缺陷。該項研究首次發現了NleL的作用底物並明確了NleL在EHEC感染過程中的生物學意義。這也是JNK蛋白首次被報道可以被進行泛素化修飾且泛素化修飾負調控磷酸化激活。

NleL ubiquitylates human JNK1.

該項研究是在胡榮貴的指導下，由盛相鵬、尤青等完成。該項研究工作得到北京生命科學研究所教授邵峰，中科院微生物研究所高福、嚴景華，上海生科院生化與細胞所阮康成、王紅艷、惠利健、曾嶸、林安寧、王琛以及東北農業大學教授師東方的大力支持。質譜數據由曾嶸課題組博士李青潤協助完成。經費支持來自中科院分子細胞科學卓越創新中心、中科院先導計劃、國家自然科學基金委醫學部的國家傑出青年基金和生命學部、國家科技部、信號傳導網路協同創新中心。該工作的數據收集還得到了生化與細胞所細胞生物學平台、分子生物學平台和動物實驗技術平台的支持。

Bacterial effector NleL promotes enterohemorrhagic E. coli-induced attaching and effacing lesions by ubiquitylating and inactivating JNK

Abstract

As a major diarrheagenic human pathogen, enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) produce attaching and effacing (A/E) lesions, characterized by the formation of actin pedestals, on mammalian cells. A bacterial T3SS effector NleL from EHEC O157:H7 was recently shown to be a HECT-like E3 ligase in vitro, but its biological functions and host targets remain elusive. Here, we report that NleL is required to effectively promote EHEC-induced A/E lesions and bacterial infection. Furthermore, human c-Jun NH2-terminal kinases (JNKs) were identified as primary substrates of NleL. NleL-induced JNK ubiquitylation, particularly mono-ubiquitylation at the Lys 68 residue of JNK, impairs JNK』s interaction with an upstream kinase MKK7, thus disrupting JNK phosphorylation and activation. This subsequently suppresses the transcriptional activity of activator protein-1 (AP-1), which modulates the formation of the EHEC-induced actin pedestals. Moreover, JNK knockdown or inhibition in host cells complements NleL deficiency in EHEC infection. Thus, we demonstrate that the effector protein NleL enhances the ability of EHEC to infect host cells by targeting host JNK, and elucidate an inhibitory role of ubiquitylation in regulating JNK phosphorylation.

本期編輯：南柯子

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