沈锡辉教授团队在细菌III型分泌系统调控机制研究中取得新进展

近日，沈锡辉教授团队在Nature Communications发表了题为“Autoinducer-2 and bile salts induce c-di-GMP synthesis to repress the T3SS via a T3SS chaperone”的研究论文，揭示了细菌群体感应信号AI-2及胆汁酸盐作用于跨膜二鸟苷酸环化酶刺激细菌胞内第二信使c-di-GMP合成，进而通过作用于c-di-GMP分子靶标T3SS伴侣蛋白抑制T3SS活性的分子机制。生命学院博士后李书宇，硕士生孙恒玺为本论文共同第一作者，张磊教授、沈锡辉教授，以及福建师范大学欧阳松应教授为本论文的共同通讯作者。

环二鸟苷单磷酸（c-di-GMP）是细菌中广泛存在的一类核苷类第二信使，能够调控细菌的生物被膜形成、胞外多糖产生、运动性、黏附以及毒力等众多生理和病理过程。III型分泌系统（T3SSs）是大多数革兰氏阴性病原细菌感染宿主的重要武器。病原菌通过T3SSs将一系列效应蛋白注入宿主细胞内，逃避宿主细胞的免疫防御并建立感染。T3SSs基因的表达受各种环境和宿主因素的影响，也受到c-di-GMP信号途径的调控，但具体分子机制尚不清楚。

群体感应（quorum sensing，QS）是细菌种内和种间细胞间交流的普遍机制。沈锡辉教授团队前期研究发现QS信号分子autoinducer-2（AI-2）通过作用于一类具dCACHE结构域的跨膜二鸟苷酸环化酶提高其c-di-GMP合成酶活性，并基于这一类AI-2新受体构建了瘤胃微生物种间交流网络。

本研究中，研究人员发现AI-2通过作用于具GAPES1结构域的跨膜二鸟苷酸环化酶YeaJ促进沙门氏菌胞内c-di-GMP水平的提升，从而抑制其T3SS-1基因的表达。随后的研究表明具GAPES1结构域的跨膜二鸟苷酸环化酶是一类AI-2新受体，在肠杆菌目革兰氏阴性细菌中广泛存在。进一步研究发现c-di-GMP通过作用于沙门氏菌T3SS-1的CesD/SycD/LcrH家族伴侣蛋白SicA抑制T3SS-1基因表达，且发现许多其它革兰氏阴性病原菌中该家族T3SS伴侣蛋白也是c-di-GMP的作用靶标。本研究揭示了c-di-GMP通过保守的分子机制来调控病原细菌T3SSs的活性，丰富了对c-di-GMP信号代谢、受体感应及调控机制的认知，同时为防治细菌性病害提供新靶点。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和校双一流学科建设经费等项目的资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34607-9