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来自上海交通大学系统生物医学研究院的陶生策研究团队,利用独有的 肺结核分枝杆菌蛋白组芯片构建了首个肺结核分枝杆菌丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(Serine/Threonine Protein Kinase, STPK)蛋白相互作用网络。该研究成果于2017年6月1日在国际蛋白质组学领域排名第一的专业期刊Molecular &Cellular Proteomics(MCP)上在线发表。
肺结核是全球致死率最高的几种感染性疾病之一,每年有将近150万人死于肺结核感染。肺结核的主要致病菌是肺结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis, Mtb)。由于与HIV的共感染以及结核菌耐药问题的日益严重,结核病仍然是全球公共卫生领域的重大威胁(图1)。要应对结核病防控方面的关键问题,必需从基础研究入手。
众所周知,磷酸化在原核生物和真核生物中的信号转导过程中均发挥重要作用。特别是STPK,是真核生物中最主要一类蛋白激酶家族。通常情况下,原核生物,如常规病原菌以及一些被广泛研究的模式生物不含有STPK,其信号转导主要是通过双组份系统来进行。但令人惊讶的是,在Mtb中含有11种STPK。根据它们序列的相似性,Mtb的STPK可被分为五类:第一类包含PknA, PknB和PknL;第二类包含PknD,PknE和PknH;第三类包含PknF, PknI和PknJ;第四类包含Pkn,第五类包含PknK。越来越多的研究发现,STPK在调控多种环境变化、细胞壁的合成、细胞分化以及病原-宿主相互作用中发挥了至关重要的作用(图2)。
为了系统地研究STPK-蛋白相互作用,他们纯化全部11种STPK,并且都带有GST和V5亲和标签,以利于后续的芯片实验。随后将纯化好的激酶与结核分枝杆菌蛋白质组芯片进行孵育,清洗后通过芯片扫描仪确定与STPK相互作用的蛋白质。为了验证找到的这些蛋白质相互作用的可靠性,科学家们进行了体外:Bio-Layer Interferometry (BLI)实验和体内:酵母双杂交实验来进一步验证我们的实验结果。最后,构建了一张属于STPK-蛋白相互作用的网络图。并且从当中找到了一些新的作用底物进行了功能研究(图3)。
本研究中,采用Mtb蛋白质组芯片进行了全部11种Mtb STPK相互作用蛋白质的系统性发现。构建了STPK蛋白相互作用网络,其中包含492种蛋白质以及1,027个相互作用(图4)。
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