1月28日，中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院張玉忠教授團(tuán)隊(duì)與山東大學(xué)等單位合作，在NatureCommunications在線發(fā)表了題為“StructureofVibriocollagenaseVhaCprovidesinsightintothemechanismofbacterialcollagenolysis”（弧菌膠原蛋白酶VhaC的結(jié)構(gòu)研究深入揭示細(xì)菌酶解膠原蛋白機(jī)制）的研究論文。張玉忠教授和山東大學(xué)的陳秀蘭教授為該研究的共同通訊作者，山東大學(xué)博士研究生王琰和海洋生命學(xué)院王鵬副教授為并列第一作者，中國(guó)海洋大學(xué)為第一作者單位和通訊作者單位。

致病性弧菌是人類和水生動(dòng)物的常見病原菌，其分泌的膠原蛋白酶與弧菌的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，已經(jīng)被確定為重要的致病因子，通過對(duì)宿主細(xì)胞外基質(zhì)中膠原組分的降解作用協(xié)助其他毒素的擴(kuò)散。目前弧菌膠原酶識(shí)別和降解膠原蛋白的分子機(jī)制尚不完全清楚。

海洋致病菌VibrioharveyiVHJR7膠原酶VhaC是一個(gè)多結(jié)構(gòu)域蛋白，由肽酶M9N結(jié)構(gòu)域（激活結(jié)構(gòu)域）和肽酶M9結(jié)構(gòu)域（肽酶結(jié)構(gòu)域）構(gòu)成的膠原酶催化模塊以及附屬的PKD-like結(jié)構(gòu)域和PPC結(jié)構(gòu)域組成。本文利用原子力顯微鏡觀察和生化實(shí)驗(yàn)分析揭示了VhaC通過率先降解C端端肽游離出原膠原分子片段，并以切割膠原蛋白肽鏈Gly-X-Y重復(fù)三聯(lián)體中Y-Gly鍵的方式逐步將原膠原片段水解成小肽和氨基酸的降解模式。在此基礎(chǔ)上，利用小角度射線散射研究了VhaC全酶在溶液中的整體構(gòu)象和域間排列并解析了VhaC催化模塊的馬鞍狀晶體結(jié)構(gòu)。通過生化實(shí)驗(yàn)和分子動(dòng)力學(xué)模擬，闡明了VhaC催化模塊利用激活結(jié)構(gòu)域識(shí)別結(jié)合膠原三螺旋，隨后通過構(gòu)象閉合運(yùn)動(dòng)使底物靠近肽酶結(jié)構(gòu)域催化中心并完成催化水解的過程和分子機(jī)制。本研究提出了M9A亞家族弧菌膠原酶VhaC對(duì)膠原蛋白的降解機(jī)制模型，有助于更好地理解弧菌膠原酶的致病性作用，為以弧菌膠原酶作為藥物靶點(diǎn)設(shè)計(jì)新型抗弧菌感染藥物提供了信息。

圖1弧菌膠原酶VhaC降解膠原蛋白的過程與機(jī)制示意圖

張玉忠教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事海洋微生物學(xué)與微生物海洋學(xué)研究，近年來在海洋微生物驅(qū)動(dòng)的碳、氮、硫元素循環(huán)領(lǐng)域取得了系列研究成果。本次在NatureCommunications上發(fā)表的研究成果是該團(tuán)隊(duì)在海洋微生學(xué)、海洋微生物酶學(xué)研究領(lǐng)域取得的又一重要研究進(jìn)展。

該論文由中國(guó)海洋大學(xué)、山東大學(xué)、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)極地研究中心等單位的相關(guān)學(xué)者合作完成。研究工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、山東省重大科技創(chuàng)新工程、泰山學(xué)者攀登計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。

通訊員：李春陽(yáng)