2023年7月25日，兰州大学生命科学学院朱莉课题组和西安交通大学医学部温玉荣课题组合作在cell reports杂志发表了题为“structure and assembly of type vi secretion system cargo delivery vehicle”的研究论文。该工作采用冷冻电镜单颗粒技术手段，解析了脆弱拟杆菌(b. fragilis) nctc 9343菌株特有的vi型分泌系统t6ss ga3基因型编码的货物递送复合体hcp-vgrg-paar的2.8 å高分辨三维结构，揭示了该复合体中管鞘复合体组分hcp及基座复合体组分vgrg、paar之间的组装方式，首次阐明了hcp与vgrg之间互作的结构特征，并根据hcp装配前后的结构变化提出了货物递送复合体hcp-vgrg-paar的装配机制模型，为进一步阐释该复合体介导致病菌投递效应毒素蛋白的分子机制提供了重要结构依据和研究思路。
vi型分泌系统（type vi secretion system, t6ss）是革兰氏阴性菌中广泛存在的跨膜大分子分泌装置，可通过细胞间的直接接触向邻近的靶细胞或周围环境输送毒素效应蛋白以介导细菌间的生存竞争或者对抗宿主的免疫反应。脆弱拟杆菌是人体肠道中常见的共生专性厌氧型革兰氏阴性菌，产肠毒素的脆弱拟杆菌（etbf）会诱发结肠炎并慢性破坏肠道屏障，被认为是结直肠癌发生的危险因素之一。最近，一种新型的t6ss-iii分泌系统被发现仅存在于拟杆菌中，该类型的分泌系统因遗传结构的不同分为三类，其中t6ss ga3较为独特，没有定位于整合接合元件，且仅存在于脆弱拟杆菌中。t6ss主要由跨膜复合体（membrane complex，包括tssj, tssl, tssm）、基座复合体（baseplate complex，包括tsse, tssf, tssg, tssk, vgrg，paar）以及管鞘复合体（tube-sheath complex，包括hcp, tssb, tssc, clpv）三部分组成。b. fragilisnctc9343菌株的t6ss与铜绿假单胞菌（p. aeruginosa）的t6ss-ii具有相同的核心组分，但转录方向和基因排列存有差异，且其效应蛋白递送组分vgrg和hcp与来自变形菌门的其他已被充分研究的致病菌进化关系遥远。本研究运用冷冻电镜单颗粒三维重构技术解析了体外重组的b. fragilisnctc9343效应蛋白货物递送复合体hcp-vgrg-paar的高分辨结构，并从头搭建原子模型，首次清晰阐释了各组分之间的架构互作关系，通过与t6ss亚类i和ii中已解析出的hcp结构比较，发现b. fragilis的hcp在局部结构（loop l1，l9及β9，β10）中存在显著差异，并提出可将b. fragilis的hcp5归为hcp亚类iii。研究中亦解析了未参与组装的hcp六聚体晶体结构，比较hcp组装前后的结构发现hcp六聚体环与vgrg的组装会导致其内腔的扩大，一些在晶体结构中不稳定的loop结构也处于更加稳定的构象状态。由此提出脆弱拟杆菌的货物递送复合体装配模型，hcp环状结构自发装配与vgrg后导致hcp环内外径增加，可能进一步诱发管鞘结构的延伸。
兰州大学朱莉副教授和西安交通大学温玉荣研究员为本文的共同通讯作者，西安交通大学医学部博士生贺文博和兰州大学生命科学学院硕士生吴克为论文的共同第一作者。此外，兰州大学生命科学学院硕士生武迪、安浩也参与了样品制备、部分数据采集工作。该研究的冷冻电镜样品制备、筛选和数据采集及处理工作均在兰州大学电镜中心平台完成，得到了彭勇、雷东升、邓霞等老师的大力协助与支持。该课题得到了国家自然科学基金委、陕西省科技厅以及中国博士后科学基金会的经费支持。
图1 hcp-vgrg-paar的组装机制
图2 hcp-vgrg-paar的冷冻电镜结构解析
论文链接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/s2211-1247(23)00792-1
