肺炎链球菌辅助分泌系统SecA2/SecY2的分子机制

The human pathogen Streptococcus pneumoniae is responsible for many infectious diseases, such as pneumonia, otitis media and meningitis, leading to over 1.6 million deaths annually in the world. We have systematically investigated the serine-rich repeat glycoprotein PsrP, which is related to the adhesion and invasion of S. pneumoniae. However, how this glycoprotein is secreted and localized at the cell surface via the accessory secretion system SecY2/SecA2 remains unknown. Here we will apply the crystallography and cryo-electron microscopy to solve the 3-D structures of the core complex SecA2-SecY2-Asp4-Asp5, and the accessory complex Asp1-3. Based on these structures, we will explore the molecular function and working mechanism of this system. These findings will illustrate the mechanisms how PsrP precursor is glycosylated and transported coupled by Asp1-3, and eventually secreted via SecY2/SecA2 system. The results will provide hints for rational design of inhibitors/vaccines against pneumococci related diseases.

肺炎链球菌是引起人类肺炎、中耳炎和脑膜炎的主要致病菌，每年导致全球超过160万人死亡。我们前期对参与肺炎链球菌粘附和侵染的富含丝氨酸糖蛋白PsrP进行了系统的研究。但是尚不清楚PsrP是如何通过辅助型分泌系统SecA2/SecY2而定位于细胞壁外的。我们将利用X射线晶体学和冷冻电镜手段，解析该辅助型分泌系统的核心复合物SecA2-SecY2-Asp4-Asp5以及外围复合物Asp1-3的三维结构，并基于结构对其分子功能和作用机制进行深入研究，揭示Asp1-3参与底物糖基化与转运分泌的耦联机制，并最终阐明SecY2/SecA2分泌系统转运和分泌PsrP的分子机制。本研究将为研发防治肺炎链球菌的药物和疫苗提供结构基础。

革兰氏阳性菌肺炎链球菌是重要的人类致病菌之一，可以导致中耳炎、肺炎、菌血症和脑膜炎等疾病。目前，抗生素和疫苗是治疗肺炎链球菌感染的有效手段。但是，近年来肺炎链球菌多重抗药性显著增强，而且疫苗在实际应用中不能覆盖所有血清型，具有一定的局限性，所以寻找新的靶点迫在眉睫。肺炎链球菌中的SecA2/SecY2转运系统主要负责转运肺炎链球菌富含丝氨酸糖蛋白PsrP。作为重要的毒力因子，PsrP是潜在的抗生素及疫苗靶点。我们前期对参与肺炎链球菌粘附和侵染的富含丝氨酸糖蛋白PsrP进行了系统的研究。但是尚不清楚PsrP是如何通过辅助型分泌系统SecA2/SecY2而定位于细胞壁外的。SecA2/SecY2转运系统主要由7种蛋白组分构成，包括2个核心蛋白SecA2、SecY2以及5个辅助转运蛋白Asp1/2/3/4/5。.我们解析了辅助转运蛋白Asp1/2/3三元复合物的晶体结构，分辨率为2.9埃。生化实验发现Asp1/2/3具有乙酰转移酶活性，且可以提升SecA2蛋白的ATPase酶活性，表明Asp1/2/3与SecA2之间的相互作用一定程度上可以促进底物的转运。进一步的细胞内实验发现asp1/2/3突变菌株与野生型相比，PsrP的糖基化和转运都有所改变，表明Asp1/2/3复合物不仅仅参与PsrP的转运，还可能参与了PsrP的糖基化过程。研究结果揭示了Asp1/2/3复合物在SecA2/SecY2转运系统中的作用，为辅助转运系统转运PsrP分子机制的研究打下了基础。