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利用沙門氏菌,中國學者發現一條免疫新通路

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撰文 | 黃宇翔

責編 | 夏志堅

2019年7月18日,《細胞》雜誌在線發表北京生命科學研究所邵峰教授團隊在細胞自噬領域的新進展。這項工作以對沙門氏菌的遺傳學篩選作為突破口,發現了宿主細胞以異源自噬(Xenophagy) 的方式對抗病原菌的工作機制。[1]

清除入侵的病原菌、保障機體健康的往往是體內的免疫系統。但近年來,研究者發現了一個有趣的現象:一些原本被認為沒有免疫能力的正常組織細胞,在入侵病原菌面前,並不會坐以待斃,而是會以一種被稱作異源自噬的方式對入侵細胞的病原菌進行反擊並清除。

自噬(autophagy)是細胞的部分組分通過溶酶體降解而實現對細胞內物質循環利用的過程。作為在一種特殊的自噬過程,參與異源自噬的細胞會選擇性地識別侵入細胞內部的病原菌並通過溶酶體將其清除。這一過程在細胞的天然免疫過程中發揮重要功能,但細胞如何感知胞內病原菌的存在,並啟動異源自噬的機制此前一直不為人知。

儘管早在2004年科學家就尋覓到了細胞進行過異源自噬過程的蹤跡,並且發現了一些如 NDP52、p62、OPTN、NBR1 等可能參與該過程的分子,但十五年過去了,異源自噬過程對於人們依舊是個巨大的謎團。[2-5]

研究的轉折點出現在了一株沙門氏菌突變體上。

邵峰團隊發現沙門氏菌感染細胞後只能引起少量自噬體的形成,這暗示著沙門氏菌中存在著抑製異源自噬過程的效應分子。經過大量的實驗之後,研究者通過轉座子遺傳篩選找到了一株 sopF 基因功能缺失的沙門氏菌突變體,然後用這種突變體侵染人的海拉細胞,結果發現代表異源自噬過程活性的分子標誌物水準從原先的20%升到了80%。於是,研究人員首先鑒定出了一個可以高效抑製異源自噬的新型細菌效應蛋白(SopF)。

接下來,為了尋找細胞內參與異源自噬過程的基因,研究人員進一步設計了巧妙的基於流式細胞熒光分選技術的 CRISPR/Cas9 全基因組篩選體系,發現定位於溶酶體膜上的 V-ATPase 複合物是異源自噬過程所必需的關鍵物質。當細胞被細菌感染時, V-ATPase 複合體會招募 ATG16L1 蛋白, 並介導異源自噬過程的起始,最終由細胞內部的溶酶體將細菌吞噬消化。

研究者還發現,sopF 是沙門氏菌特有的基因,其編碼的蛋白通過對 V-ATPase 複合體中的一個蛋白組分進行 ADP 核糖修飾,使得 V-ATPase 失去招募 ATG16L1的能力,從而削弱異源自噬過程,促進病原菌對宿主細胞的攻擊。

邵峰團隊的研究成功建立出了用 sopF 細菌突變體侵染宿主細胞的研究體系,並發現了哺乳動物細胞通過細胞自噬抗擊入侵細菌的關鍵感知機制。

“這篇文章通過追蹤實驗現象,在病原菌和宿主細胞兩側分別進行全基因組篩選,然後再用縝密的生化手段對遺傳篩選的結果進行分析驗證,最終揭示了全新的分子功能和細胞通路,結果具有重要的科學意義。”北京大學分子生命科學學院肖俊宇研究員對《知識分子》說。

參考文獻:

[1] Xu, Y., Zhou, P., Cheng, Sen., … &Shao, F. (2019) A Bacterial Effector Reveals the V-ATPase-ATG16L1 Axis that Initiates Xenophagy. Cell, DOI: 10.1016/j.cell.2019.06.007

[2] Huang,J., & Brumell, J. H. Bacteria–autophagy interplay: a battle for survival.Nature Reviews Microbiology, 12(2), 101. (2014).

[3] Thurston,T. L., Wandel, M. P., von Muhlinen, N., Foeglein, A. & Randow, F. Galectin 8 targets damaged vesicles for autophagy to defend cells against bacterial invasion. Nature 482, 414–418 (2012).

[4]Wild,P. et al. Phosphorylation of the autophagy receptor optineurin restricts Salmonella growth. Science 333, 228–233 (2011).

[5]Thurston, T. L., Ryzhakov, G., Bloor, S.,von Muhlinen, N. & Randow, F. The TBK1 adaptor and autophagy receptor NDP52 restricts the proliferation of ubiquitin-coated bacteria. Nature Immunol. 10,1215–1221 (2009).

製版編輯 | 皮皮魚

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