2016年9月12日，beat365化學學院陳鵬課題組在《美國科學院院刊》（PNAS）上發表題為“Comparative proteomics reveal distinct chaperone-client interactions in supporting bacterial acid resistance”的論文 (doi: 10.1073/pnas.1606360113) ，利用新開發的“比較蛋白質組學“技術，揭示了大腸杆菌抵抗酸刺激的新機制。
腸道病原微生物獨特的抗酸機制使得它們能夠順利通過人體胃液的強酸環境，進而在腸道造成感染，嚴重的甚至可能導緻死亡。HdeA 和HdeB是目前在這些病原微生物膜間質内發現的唯一的一套抗酸伴侶系統，在許多腸道菌中都高度保守。因此，研究它們抵禦強酸環境的機制将有助于我們更好地理解這些緻病菌與宿主之間的作用關系。另外，HdeA 和HdeB是典型的條件無序分子伴侶蛋白，利用無序結構與多種不同的底物蛋白質相互作用以發揮功能，對它們的研究也能幫助我們更好的理解蛋白質無序結構與功能之間的關系。北大化學院陳鵬課題組一直緻力于抗酸伴侶蛋白底物的捕捉與研究。在之前的工作中，他們與北大生命科學院昌增益課題組合作，開發了一種遺傳編碼的蛋白質光交聯探針DiZPK，并以大腸杆菌為模型，成功地捕獲并鑒定了HdeA的底物蛋白，揭示了細菌在抵禦酸脅迫過程中獨特的分子伴侶協作機制（Nat Chem Biol 7(10):671–677.）。
在新發表的工作鐘，為了進一步揭示這兩個看似冗餘的分子伴侶HdeA和HdeB是如何相互合作，并在保護大量不同底物蛋白的同時，又避免了非特異性的結合，陳鵬課題組将新一代的可切割型光交聯探針DiZSeK與熒光差異雙向凝膠電泳（2D-DIGE）相結合，發展了一種名為CAPP-DIGE的“比較蛋白質組學“的策略而對HdeA與HdeB的整個底物蛋白組進了直接的比較和質譜鑒定。結果表明，HdeA與HdeB在活細胞條件下對底物蛋白表現出明顯的差異。進一步的研究，發現這種差異性來源于二者對酸刺激的不同響應，使得HdeA和HdeB分别保護了對酸刺激耐受性不同的底物蛋白組。在酸回複過程中，他們進一步發現底物在被分子伴侶釋放時也是受pH調控的，且這種pH 調控的底物釋放過程保證了底物在酸回複過程中的有效重折疊。綜合以上研究結果，他們提出了細菌抵禦酸脅迫過程中pH 對分子伴侶的底物特異性的調控機制，即pH通過系統性地調控HdeA 、HdeB以及底物蛋白的折疊狀态和功能，讓分子伴侶蛋白在不同條件下逐步激活、協同分工保護不同的客戶蛋白，同時保證了底物蛋白在被釋放後有效地進行重折疊。這一模型為細菌抵抗酸刺激提供了一種高效、經濟、靈活和協調的蛋白質質量控制策略。該調控機制很可能也适用于其他的條件無序分子伴侶系統，而這一新開發的CAPP-DIGE技術對于利用蛋白質組學鑒定和比較動态條件下的蛋白-蛋白相互作用及其變化都有着廣闊的應用前景。
圖1 (A) CAPP-DIGE流程示意圖；(B) HdeA與HdeB協同抗酸的新機制
beat365化學學院博士研究生張帥與何丹為該論文的共同第一作者。該工作得到了國家自然科學基金、科技部、教育部、北大
-清華生命科學聯合中心的資助。
北大化學微信