圖1 (A) CAPP-DIGE流程示意圖；(B) HdeA與HdeB協(xié)同抗酸的新機(jī)制

生命科學(xué)聯(lián)合中心陳鵬課題組在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)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(kāi)發(fā)的“比較蛋白質(zhì)組學(xué)“技術(shù)，揭示了大腸桿菌抵抗酸刺激的新機(jī)制。

腸道病原微生物*的抗酸機(jī)制使得它們能夠順利通過(guò)人體胃液的強(qiáng)酸環(huán)境，進(jìn)而在腸道造成感染，嚴(yán)重的甚至可能導(dǎo)致死亡。HdeA 和HdeB是目前在這些病原微生物膜間質(zhì)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的*的一套抗酸伴侶系統(tǒng)，在許多腸道菌中都高度保守。因此，研究它們抵御強(qiáng)酸環(huán)境的機(jī)制將有助于我們更好地理解這些致病菌與宿主之間的作用關(guān)系。另外，HdeA 和HdeB是典型的條件無(wú)序分子伴侶蛋白，利用無(wú)序結(jié)構(gòu)與多種不同的底物蛋白質(zhì)相互作用以發(fā)揮功能，對(duì)它們的研究也能幫助我們更好的理解蛋白質(zhì)無(wú)序結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。北大化學(xué)院陳鵬課題組一直致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(xué)院昌增益課題組合作，開(kāi)發(fā)了一種遺傳編碼的蛋白質(zhì)光交聯(lián)探針DiZPK，并以大腸桿菌為模型，成功地捕獲并鑒定了HdeA的底物蛋白，揭示了細(xì)菌在抵御酸脅迫過(guò)程中*的分子伴侶協(xié)作機(jī)制（Nat Chem Biol 7(10):671–677.）。

在新發(fā)表的工作鐘，為了進(jìn)一步揭示這兩個(gè)看似冗余的分子伴侶HdeA和HdeB是如何相互合作，并在保護(hù)大量不同底物蛋白的同時(shí)，又避免了非特異性的結(jié)合，陳鵬課題組將新一代的可切割型光交聯(lián)探針DiZSeK與熒光差異雙向凝膠電泳（2D-DIGE）相結(jié)合，發(fā)展了一種名為CAPP-DIGE的“比較蛋白質(zhì)組學(xué)“的策略而對(duì)HdeA與HdeB的整個(gè)底物蛋白組進(jìn)了直接的比較和質(zhì)譜鑒定。結(jié)果表明，HdeA與HdeB在活細(xì)胞條件下對(duì)底物蛋白表現(xiàn)出明顯的差異。進(jìn)一步的研究，發(fā)現(xiàn)這種差異性來(lái)源于二者對(duì)酸刺激的不同響應(yīng)，使得HdeA和HdeB分別保護(hù)了對(duì)酸刺激耐受性不同的底物蛋白組。在酸回復(fù)過(guò)程中，他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)底物在被分子伴侶釋放時(shí)也是受pH調(diào)控的，且這種pH 調(diào)控的底物釋放過(guò)程保證了底物在酸回復(fù)過(guò)程中的有效重折疊。綜合以上研究結(jié)果，他們提出了細(xì)菌抵御酸脅迫過(guò)程中pH 對(duì)分子伴侶的底物特異性的調(diào)控機(jī)制，即pH通過(guò)系統(tǒng)性地調(diào)控HdeA 、HdeB以及底物蛋白的折疊狀態(tài)和功能，讓分子伴侶蛋白在不同條件下逐步激活、協(xié)同分工保護(hù)不同的客戶(hù)蛋白，同時(shí)保證了底物蛋白在被釋放后有效地進(jìn)行重折疊。這一模型為細(xì)菌抵抗酸刺激提供了一種、經(jīng)濟(jì)、靈活和協(xié)調(diào)的蛋白質(zhì)質(zhì)量控制策略。該調(diào)控機(jī)制很可能也適用于其他的條件無(wú)序分子伴侶系統(tǒng)，而這一新開(kāi)發(fā)的CAPP-DIGE技術(shù)對(duì)于利用蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定和比較動(dòng)態(tài)條件下的蛋白-蛋白相互作用及其變化都有著廣闊的應(yīng)用前景。

北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士研究生張帥與何丹為該論文的共同*作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部、教育部、生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。