分支杆菌中一种可能的保守外膜蛋白研究

Mycobacterium tuberculosis has a special and complicated cell wall and membrane system. To date, only one MT protein has been reported to be a possible out membrane protein but it was denied by other reports. Rv3705c from Mycobacterium tuberculosis is an unknown function protein highly conserved in mycobacteria. Based on our recently solved crystal structures of Rv3705c and its homolog protein MSMEG_6251, combined with our preliminary functional studies, we propose that Rv3705c/MSMEG_6251 might be out membrane proteins. Now we plan to confirm this in mycobacterium smegmatis and test the influence of Rv3705c/MSMEG_6251 on the membrane transportation of mycobacterium smegmatis. In the mean time, we will test the interactions of MSMEG_6251 with other proteins in mycobacterium smegmatis. Considering that Rv3705c was reported to be present in the culture of Mycobacterium tuberculosis, we will test whether Rv3705c could interact with proteins from human cells. This project would contribute to the investigation of out membrane proteins in Mycobacteria and the new generation anti-tubuculosis drug design.

结核分支杆菌有着特殊和复杂的细胞壁和细胞膜结构，目前只有一种结核分支杆菌蛋白被报道可能是外膜蛋白，但是也有报道予以否认。结核分支杆菌Rv3705c蛋白是在分支杆菌中高度保守的未知功能蛋白。我们最近解析了Rv3705c及其在耻垢分支杆菌中的同源蛋白MSMEG_6251的晶体结构。根据其结构特征，结合初步的功能实验结果，推测Rv3705c/MSMEG_6251可能是外膜通道蛋白。本项目拟在耻垢分支杆菌中验证Rv3705c和MSMEG_6251作为外膜通道蛋白的可能性和进一步了解其结构与功能关系，研究它们对菌体吸收营养物质和分泌功能的影响。同时将研究MSMEG_6251与耻垢分支杆菌中其它蛋白的相互作用，以及Rv3705c与人巨噬细胞蛋白的可能相互作用，为了解它们的生物学功能提供进一步的线索，也为新一代抗结核药物的设计提供基础。

结核分枝杆菌外周包裹着厚度为60-70nm、成分复杂的包被结构，从外到内依次为荚膜、低渗透性的细胞壁和一个典型的脂质双分子层内膜组成。在这个包被壳层中应该存在蛋白质分泌通道和营养物质运输通道。然而，除了仅在内膜上发现了三种分泌系统外，对细胞壁和荚膜上的通道知之甚少。本课题发现结核分枝杆菌Rv3705c及其耻垢分枝杆菌同源蛋白MSMEG_6251能够自组装成管道状结构。晶体学和低温电镜研究表明，它们均可聚合成内径50-60Å的八重旋转对称环。两层环以尾对尾的方式聚集在一起，然后形成横跨数十纳米的管状结构。亚细胞分布分析表明，MSMEG_6251主要存在于细胞壁和荚膜中。敲除该基因可显著降低大多数分泌蛋白向培养基的转运。结合Rv3705c和MSMEG_6251的序列和结构高度保守性，我们的研究结果表明MSMEG_6251/Rv3705c蛋白形成了一种新型的跨分枝杆菌细胞壁和荚膜的细菌分泌系统。此外，我们还发现，MSMEG_6251可以形成一个营养物质吸收通道。这也是首次在分枝杆菌家族中发现此类通道。第一篇研究论文正在Nature Microbiology审稿中，第二篇研究论文正在整理。