联系我们
随着针对许多细菌病原体的有效抗生素的逐渐丧失，噬菌体疗法作为治疗感染的手段引起了人们的新兴趣。一些噬菌体产生抗菌蛋白，导致其宿主细胞裂解。研究人员最近确定了一种“YES”复合物的结构，由噬菌体蛋白E和参与细胞壁生物合成的两种蛋白质MraY和SlyD组成。蛋白E阻断MraY中的底物结合位点，从而阻断其必需的酶活性。这些发现可能有助于更好地了解噬菌体机制并助力噬菌体策略的开发。
作为其生命周期的一部分，病毒必须从宿主中逃逸。对于噬菌体，这个过程需要突破细菌细胞壁和肽聚糖层。小的单链DNA和RNA噬菌体已经进化出单基因裂解蛋白，这些裂解蛋白会破坏肽聚糖的生物合成并触发细胞裂解，这是一些抗生素也使用的机制。其中研究得最好的是来自历史上重要的噬菌体ΦX174的蛋白质E，这是一种91个氨基酸的蛋白质，含有保守的N端跨膜螺旋和延伸的细胞质C末端。
突变研究表明，蛋白E跨膜结构域足以裂解，有功能的突变体映射到单个跨膜螺旋的一个面。在蛋白E的这个结构域中，保守的脯氨酸表现出最强的表型，其中一种脯氨酸是裂解所必需的。野生型蛋白E需要组成型表达的细菌伴侣蛋白SlyD(对裂解D敏感)，该蛋白包含脯氨酰异构酶结构域和伴侣结构域。之前的工作已经在MraY中发现了使其对蛋白e介导的溶解产生抗性的突变体。MraY催化可溶性核苷-糖-肽和磷脂底物合成肽聚糖前体。虽然关于MraY还有很多功能上的问题，但研究人员试图了解噬菌体蛋白如何特异性地抑制这一关键酶，以及SlyD在这一过程中发挥了什么作用。
研究人员建立了噬菌体蛋白E与大肠杆菌蛋白MraY和SlyD形成稳定的复合体，命名为YES复合体。在洗涤剂中溶解后，通过单粒子电子冷冻显微镜确定了YES复合物的结构——MraY二聚体采用背靠背的方向，暴露在膜上的活性位点彼此背对。两个sld分子可以放入细胞质侧的密度中。两条MraY和sld链由两个蛋白E分子连接。蛋白E的跨膜螺旋在MraY上占据一个凹槽，对应于脂质底物的假定结合位点。在细胞质表面，蛋白E的跨膜结构域发生弯曲，穿过活性位点，然后形成一个α-螺旋，延伸到sld的伴侣结构域。蛋白质E的c末端继续通过第二个sld中的一个肽结合槽并进入脯氨酰异构酶活性位点。其结果是蛋白E通过阻断脂质进入活性部位来抑制MraY。之前的蛋白E突变表型可以通过包含必需的脯氨酸的结构来解释，脯氨酸允许跨膜螺旋发生扭结。对于MraY，我们可以解析包括TM1和TM2之间的保守环在内的整个链。我们证明了MraY的N端与TM2形成一个α-螺旋堆叠，并鉴定了蛋白质表面有序的脂质。最后，我们提供了证据表明SlyD的作用是稳定复合物。
蛋白E通过阻断MraY活性位点与SlyD形成稳定复合物直接抑制MraY。这一结构解决了模型噬菌体ΦX174如何杀死细菌并逃逸细胞的关键问题。在ΦX174基因组中，编码蛋白质E的基因在进化上受到其嵌入的基因D的限制。YES复合物为蛋白E的理性设计提供了一条超出基因D限制的途径。单基因裂解蛋白，如蛋白E，为开发抗菌疗法提供了有用的模型。
原文：
The historically important phage ΦX174 kills its host bacteria by encoding a 91-residue protein antibiotic called protein E. Using single-particle electron cryo–microscopy, we demonstrate that protein E bridges two bacterial proteins to form the transmembrane YES complex [MraY, protein E, sensitivity to lysis D (SlyD)]. Protein E inhibits peptidoglycan biosynthesis by obstructing the MraY active site leading to loss of lipid I production. We experimentally validate this result for two different viral species, providing a clear model for bacterial lysis and unifying previous experimental data. Additionally, we characterize the Escherichia coli MraY structure—revealing features of this essential enzyme—and the structure of the chaperone SlyD bound to a protein. Our structures provide insights into the mechanism of phage-mediated lysis and for structure-based design of phage therapeutics.
