猪链球菌2型表面蛋白Fhb与补体系统组分蛋白相互作用分子机制的研究

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猪链球菌2型(Streptococcus suis serotype2,SS2)是近年来新发的一种重要的人兽共患病病原体,人经伤口感染猪链球菌后主要引起脑膜炎、心内膜炎、败血症和链球菌中毒性休克综合征(STSS)等症状。目前,对于猪链球菌2型致病机制,尤其是猪链球菌2型在人血中如何逃逸补体介导的吞噬杀伤研究还不是很清楚。补体作为天然免疫防御中的一个重要成分,是保护宿主免受外来病原体入侵的一个有力武器。补体激活是一种高度有序的级联反应,宿主体内补体激活有三条途径:经典途径;甘露糖结合凝集素途径;替代途径。这三条途径都形成C3转化酶,裂解C3产生活性补体成分C3b,大量的C3b分子与病原体结合是补体活化中的重要事件。大部分能够引起侵袭性疾病的病原菌都得益于通过直接抑制C3b或招募H因子(human Factor H,hFH)来抑制其表面C3b的沉积和功能,进而抑制补体系统的活化和补体受体介导的吞噬。实验室前期研究发现猪链球菌2型毒力因子表面蛋白Fhb(factor H-bindingprotein),能够招募人血清中的补体负调节子hFH,抑制补体替代途径的活化,从而增强猪链球菌在血中存活及抗吞噬的能力;并通过GST-pulldown技术筛选到Fhb除了结合hFH外,还能与补体蛋白C3b、C3d相互作用,但是他们之间相互作用的具体分子机制却不是很清楚,Fhb与C3b的结合对宿主补体系统的影响有何作用也值得进一步研究。本研究第一部分主要是验证Fhb蛋白功能结构域Fhb-Ⅲ*与补体蛋白hFH、C3b以及C3d的结合。通过基因工程重组表达,构建了以pET28a为载体的7个Fhb截短结构域蛋白(Fhb-Ⅰ45-344;Fhb-Ⅱ45-170;Fhb-Ⅲ171-344;Fhb-Ⅳ345-664;Fhb-Ⅴ345-483;Fhb-Ⅵ484-664;Fhb-Ⅲ*134-344)和4个敲除结构域蛋白37(134-170aa);3(171-344aa);3N(171-232aa);3C(233-344aa),利用镍亲和层析纯化获得目的蛋白。采用ELISA,配体印迹和生物膜干涉(Biolayer Interferometry,BLI)的技术来验证Fhb结合补体系统组分蛋白hFH、C3b、C3d,并确定了结合区域主要位于Fhb-Ⅲ*(134-344aa)。另外,通过生物膜干涉技术分析得出Fhb-Ⅲ*与hFH、C3b、C3d之间的亲和力常数KD值分别为83.51nM,17.09nM,141.5nM.本部分还对hFH与Fhb-Ⅲ*的结合方式进行了探索,结果显示,随着溶液中氯化钠和乙二醇浓度的增加,hFH与Fhb-Ⅲ*的结合能力减弱,揭示hFH与Fhb-Ⅲ*之间的结合方式部分依赖于离子键的作用,更多的是疏水作用和静电作用的联合。本研究第二部分内容为Fhb-Ⅲ*抑制补体激活机制的研究。首先利用穿梭质粒pAT18构建了将功能结构域Fhb-Ⅲ171-344敲除的缺失互补株CΔSsfhb-3,采用免疫荧光-激光扫描共聚焦显微镜观察和免疫印迹的方法对Fhb蛋白进行定位,发现Fhb不仅表达于猪链球菌2型的表面,在培养的上清中也可检测到。然后,采用流式细胞术(fluorescence activated cell sorter,FACS)构建的人血清-猪链球菌相互作用模型,发现培养上清中的Fhb蛋白能够明显抑制突变株ΔSsfhb表面补体C3b/iC3b的沉积,加入重组表达的结构域蛋白验证得到Fhb主要依赖于其功能结构域Fhb-Ⅲ*发挥作用。综上所述,本研究结果证实了Fhb通过其功能结构域Fhb-Ⅲ*直接结合补体系统组分蛋白hFH、C3b、C3d,并能够在培养上清中以分泌蛋白的形式发挥作用;表明Fhb蛋白的双功能性,即(1)表达于菌体表面的Fhb蛋白通过结合血浆补体负调节子hFH,与C3b/C3d分子形成复合物,进而降解C3b分子,抑制补体激活替代途径C3转化酶的形成,从而逃避补体介导的杀伤作用。(2)菌体表面的Fhb蛋白在某种作用力的剪切下脱落到培养的上清中,暴露出活性区域Fhb-Ⅲ*,并通过这一活性区域直接结合血清中的C3b分子,竞争性抑制C3转化酶的形成及C3b的沉积,进而达到逃避补体介导的杀伤作用。我们的研究进一步揭示了猪链球菌2型表面蛋白Fhb的抗吞噬机制,为更进一步研究Fhb行使其功能的三维结构研究奠定了基础,有利于我们更深层次了解猪链球菌逃避宿主天然免疫的分子机制。
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