我室沈锡辉教授团队在原核生物信号感应机制研究方面取得进展

2020年 10月23 日，Nature Communications在线发表了我室沈锡辉教授团队完成的题为“Sensing of autoinducer-2 by functionally distinct receptors in prokaryotes”的文章，该研究揭示了原核生物(包括细菌和古菌)通过一类功能多样的跨膜信号转导蛋白感知通用型群体感应信号分子AI-2实现异种细胞间对话的新机制。我校张磊副教授和博士研究生李书宇为本论文共同第一作者，沈锡辉教授、罗招庆教授（美国普度大学）和张磊副教授为本论文的共同通讯作者。此外，武汉大学范成鹏副教授也参与了本论文的部分研究。

群体感应(quorum sensing，QS)是细菌细胞间信号传导的普遍机制，通过合成和分泌称为自诱导物(autoinducer)的信号分子监测细菌群体密度的变化，使细菌个体能在感染、抗逆等过程中一致行动，以团队作战方式获得生存优势。QS信号分子autoinducer-2 (AI-2)广泛存在于革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌中，是目前所知的唯一既能进行种内交流，又能进行种间交流的细菌通用语言，被称为“细菌的世界语(Bacterial esperanto)”，但人们对大多数细菌如何感知该QS信号知之甚少。

该研究首先发现条件性致病菌铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)对AI-2信号表现出明显的正趋向性，随后以此表型入手构建趋化蛋白编码基因突变体文库并筛选获得介导AI-2趋向性的两个跨膜甲基化趋化受体基因pctA和tlpQ。分子互作实验及对接模拟分析揭示AI-2信号分子能以高亲和力结合受体蛋白PctA和TlpQ的周质dCACHE结构域。随后研究人员进一步发现包括甲基化趋化受体、组氨酸激酶、c-di-GMP合成与水解酶、丝氨酸磷酸酶、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、腺苷酸/鸟苷酸环化酶在内的众多原核生物跨膜信号转导蛋白均可通过胞外dCACHE传感器结构域感知AI-2信号，从而实现同种或异种细胞间的信息交流。

dCACHE型受体对AI-2信号的感应

细菌和古菌是单细胞生物，在自然环境和宿主体内它们往往杂居在一起，彼此间互相交流，表现出分工合作或相互欺诈等社会行为。因此，了解它们的交流语言和交流方式无论在医学还是生态环境领域均具有非常重要的意义。AI-2作为细菌中分布最广泛的一类种间交流的通用语言，其dCACHE型新受体的发现极大扩展了人们对原核生物跨种属对话机制的认识。

该研究得到了国家重点研发计划（2018YFA0901200）、国家自然科学基金（31770121，31725003）及西北农林科技大学双一流学科群建设计划等项目的资助。