以結構生物學探討對Mycobacterium tuberculosis在氧化及酸性環境下具有協助保護的Serine protease Rv3671c

論文：Structural insight into serine protease Rv3671c that Protects Mycobacterium tuberculosis from oxidative and acidic stress

Tapan Biswas et al. Structure. 18:1353-1363 (2010)

報告者：Huo-Sheng Chiou (邱穫升)            時間：14:00~15:00, Mar. 16, 2011

講評老師：Dr. Yu-Chih Lo (羅玉枝老師)             地點：Room 601

摘要：

Mycobacterium tuberculosis, 簡稱為Mtb, 對全球而言是一個重要的病原菌, 雖然在BCG疫苗發展之際對於Mtb的預防提供了一定程度上的協助, 但每年仍會有死於Mtb的病例發生, 隨著抗生素的廣泛應用, 亦衍生了抗藥性菌株的問題, 如MDR-TB、XDR-TB, 造成治療上的困難, 是故從宿主和病原菌互動的過程中, 找尋一個有影響力的因素, 將可以對未來Mtb所導致的疫情上提供更好協助, 並解決上述問題。本篇的結構性探討, 源自於Omar H Vandal等人在20081年的發表, 他們在transposon mutation的平台篩選上發現, 當Mtb的Rv3671c的gene發生了突變的狀況下, 在INF-g活化的BMDMs中, 會降低Mtb在phagosome內抵禦酸化的能力, 進而使得Mtb被清除, 反應了相同的機制, 在感染的mice模式下, 也可以觀察到Rv3671c gene突變的菌株, 所造成的疾病嚴重程度較wild type來得低, 由此顯示了Rv3671c gene在Mtb引導的病程裡,扮演了相當重要的角色。在本篇研究執行前, 本篇作者亦對Rv3671c gene做了基因庫的比對, 顯示的結果指出, 這個gene所表達出來的蛋白屬於serine protease2的一種, 在一般biochemistry的分析下, 亦可以發現Rv3671c具有autoproteolysis的現象, 在這個機制之下通常會產生Rv3671c (residues 161-397)的產物, 但當還原劑加入在實驗的系統下, 這樣的autoproteolysis便會受到抑制, 於是為了更詳盡了解Rv3671c的運作規則, 作者便利用了蛋白質結晶學的技術, 分別解出了Rv3671c (residues 161-397)、Rv3671c (residues 197-397)、Rv3671c_S343A的結構, 在Rv3671c (residues 161-397)結構上可以比對到與許多傳統serine protease相同的催化位, 更進一步在電子密度圖上, 也判斷出了Rv3671c所具有的活化位, 由此結構便可指出Rv3671c的活化態以及其與可能的受質胜肽結合位點, 反之, 在Rv3671c_S343A的方面, 和往前的功能性測試一致, 由於催化位的氨基酸排列改變導致了Rv3671c的功能喪失, 而此結構和Rv3671c (residues 197-397)是相同的, 由這兩個結構中除了發現催化位的改變, 也可以發現結構中雙硫鍵的喪失, 和之前的實驗結果推演, 作者指出由C214及C395所構成的雙硫鍵將是調控Rv3671c結構轉變的關鍵, 而在氧化環境下, Rv3671c是趨向於活化的狀態。此篇研究除了對Rv3671c做出了結構的解析, 更提供了在結構層面上, Rv3671c調控的機制, 無疑對後續研究上開啟了多方向的啟示, 亦對治療藥劑研發上找到了有潛力的開發平台。

參考資料：

1.      Omar H Vandal et al. A membrane protein preserves intrabacterial pH in intraphagosomal Mycobacterium tuberculosis. Nature Medicine 14: 849-854 (2008)

2.      Hedstrom L. Serine protease mechanism and specificity. Chem Rev. 12: 4501-4524 (2002)