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宿主与病原微生物之间的关系是长期演化形成的。病原菌侵染宿主,为逃避免疫反应,自身进化分泌一些效应蛋白阻断宿主细胞的免疫及凋亡。军团杆菌是一种革兰氏阴性细菌,它主要寄生在宿主细胞,利用宿主的能量、复制体系进行自身的生长、繁殖及释放。军团杆菌利用自身一套特异的Ⅳ型分泌系统Icm/Dot分泌一些效应蛋白进行阻断宿主细胞的防御功能。效应蛋白LidA(lowered viability in the presence of dot)对细菌的分泌及宿主内生长、繁殖起重要作用。研究表明LidA在LCV(Legionella-containing vacuole)招募ER-dcrivexl vesicle过程中扮演重要角色。细菌进入宿主细胞主要通过吞噬作用,并形成吞噬体,此过程有Rab家族许多成员参与,和细菌效应蛋白共同作用阻断吞噬体的成熟及降解。前期研究显示Rab1参与LCV形成、Rab7和吞噬体的成熟有关。根据已有研究结果,我们从结构分子生物学角度对军团菌如何逃脱宿主的防御进行探索。本课题通过研究Rab家族成员和LidA的相互识别探讨军团菌的防御与逃避策略。目前筛选LidA可以和Rab家族13个成员形成复合物,并获得了LidA/Rab1、LidA/Rab7复合物晶体。通过生化试验和结构解析获知LidA可以稳定Rab1结合GTP或GDP时的构象,这些构象对Rab1发挥功能起重要作用。通过克隆、表达和纯化技术制备了LidA/Rab1、LidA/Rab7复合物,并培养出合适的晶体,利用上海同步辐射光源获得质量较好分辨率分别为2.2(A)和2.8(A)的数据,并测定了晶体结构。运用遗传学、生物化学、分子生物学等手段进一步阐述这些复合物在病原菌逃避宿主防御机制,从分子水平揭示病原效应蛋白对宿主一些调控蛋白的作用及调节,并从病原与宿主共进化的角度诠释入侵与防御。该结构的解析为军团菌感染的肺炎治疗提供分子依据,为分子医药奠定了基础。
在长期共同进化中病原微生物和宿主为各自生存进行激烈斗争。为防御病原入侵,植物发展了自己一套防御体制,形成了最早的即先天性免疫(innate immunity)。在动植物中广泛存在模式识别受体PRRs(pattern recognition receptors),通过检测病原或微生物相关分子模式即PAMP和MAMP(pathogen or microbe associate molecularpatterns)激活体内天然免疫反应。植物中研究相对比较清楚的受体是拟南芥中鞭毛受体激酶FLS2(flagelling sensing2)和延伸因子受体EFR(EF-TU receptor),这些受体和病原中的配体相互作用介导植物免疫。EFR和FLS2都是受体类似激酶(receptor—like kinase)家族成员,模型植物拟南芥存在很多类似这样的激酶,其中研究比较深刻的激酶BAK1(BRI1 associatedkinase)在植物的生长发育及抗病方面起很重要作用,有结果显示其介导的抗病通路与其他受体激酶介导的存在很大不同,通过识别多种PAMPS介导抗病通路。研究表明丁香假单胞杆菌(Pseudomonas syringae)分泌的效应蛋白AvrPtoB通过和BAK1直接作用能够阻断MAMP介导的通路。早期实验证明,在西红柿中存在的抗病蛋白激酶PTO通过和丁香假单胞杆菌分泌的效应蛋白AvrPto和AvrPtoB作用激活植物免疫系统。在AvrPto-Pto复合物结构解析及生化和遗传研究基础上,从分子水平上揭示了细菌效应蛋白AvrPto解除Pto对植物抗病的抑制作用激活植物免疫系统的分子机制；AvrPtoB-Pto结构的解析揭示了效应蛋白AvrPtoB通过解除Pto对植物抗病的抑制作用从而引起宿主免疫反应.这些都从结构的角度揭示了同一个植物抗性蛋白(Pto)如何识别不同细菌效应蛋白的分子机制。近期,有关遗传、生化表明AvrPto和AvrPtoB通过和宿主蛋白BAK1作用而阻断信号向下游传导,阻止植物自身免疫,促进病原生长,阻断MAMP通路,这种被抑制的反应称为PTI(pathogen trigger immunity)；这一过程与由AvrPto和AvrPtoB触发的、Pto介导的ETI(effector trigger immunity)免疫反应性质及过程完全不同。前者是阻断PTI,后者是激活ETI。
本文通过克隆、表达和纯化技术制备了AvrPtoB-BAK1复合物,培养出合适的晶体,利用同步辐射光源获得质量较好分辨率为2.5(A)的数据,并测定了晶体结构。运用遗传学、生物化学、分子生物学等手段进一步阐述该复合物在植物抗病的作用及机制,从分子水平揭示病原效应蛋白对宿主免疫的调控、从病原与宿主共进化的角度诠释植物发病和抗病机理。该结构的解析为植物抗病提供了分子依据,为分子农业奠定基础。