王初課題組發現衣康酸抑制細菌生長新機制

      近日，beat365官方网站、北大-清華生命科學聯合中心王初課題組在Cell Reports上發表了題目為“In situ chemoproteomic profiling reveals itaconate inhibits de novo purine biosynthesis in pathogens”的研究論文。在這項工作中，作者們發展和應用化學蛋白質組學技術對三種耐藥菌的蛋白質組中潛在的半胱氨酸衣康酸化S-itaconation 修飾靶點進行了挖掘，并揭示了衣康酸通過抑制鼠疫傷寒沙門氏菌的嘌呤從頭合成途徑來發揮其抑菌功能的分子機制。

　　衣康酸能夠共價地修飾在蛋白質的半胱氨酸殘基上，形成S-itaconation。越來越多的研究表明，這種新型翻譯後修飾對于調控宿主的免疫具有重要的意義。對于病原菌而言，衣康酸既能幫助一些病原菌（比如，銅綠假單胞杆菌和肺炎克雷伯菌）更好地适應宿主的免疫，從而引起慢性感染；又能夠抑制鼠疫沙門氏菌的生長。但是，具體的分子機制并不清楚。

圖 1 衣康酸抑制鼠疫沙門氏菌模式圖

　　為了研究衣康酸能夠修飾在哪些病原菌的蛋白上，該工作借助之前開發的衣康酸探針C3A（Zhang et al., Chemical Science, 2022），實現了活菌水平的标記，并對質譜樣品制備的方法進行優化，從而鑒定到了更多的衣康酸修飾位點。作者将該方法應用到了金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞杆菌和鼠疫沙門氏菌等三種病原菌中，發現了大量全新的衣康酸修飾蛋白和修飾位點。針對鼠疫沙門氏菌的數據進行後續分析，作者發現衣康酸主要靶向細菌嘌呤從頭合成途徑中purF和guaABC等一些關鍵代謝酶的活性半胱氨酸。作者在純蛋白水平上驗證了衣康酸能夠修飾purF和guaABC蛋白，并且抑制它們的體外酶活。靶向代謝組學進一步證明衣康酸能夠下調該代謝通路産物AMP 和GMP 的含量。此外，細菌生長實驗也表明，同時回補AMP和GMP能夠解除衣康酸對鼠疫沙門氏菌生長的抑制效果。最後，作者們通過基因敲除回補，在細胞内和體外，同時證明了purF 和guaB 蛋白的S-itaconation位點對細菌生長的重要性。總之，該研究揭示了衣康酸是如何在更生理的環境中去發揮其抑菌功能的分子機制，這對于未來開發新的抗菌策略具有借鑒意義。

　　該文的通訊作者是beat365官方网站、北大-清華生命科學聯合中心的王初教授，王初課題組2018 級生命聯合聯合中心博士生研究生劉子華為第一作者，王初課題組的劉東陽同學為該課題做出了重要貢獻。該工作得到了科技部國家重點研發計劃（2022YFA1304700）和國家自然科學基金委重大研究計劃（21925701, 92153301和22321005）等項目的經費支持。

　　原文連接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(24)01088-X