【醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程進(jìn)展快報(bào) 第48期】
病原生物學(xué)研究所與北京大學(xué)生命科學(xué)院合作在國際頂級(jí)期刊《細(xì)胞》（Cell）發(fā)表題為《Cryo-EM Structure and Assembly of an Extracellular Contractile Injection System》的研究論文，闡釋了一類廣泛存在于細(xì)菌的可收縮注射系統(tǒng)（Contractile Injection Systems, CISs）的結(jié)構(gòu)和組裝機(jī)制。
CISs是一類非常重要的細(xì)胞穿刺納米元件，它與噬菌體的可收縮尾部有著高度的相似性。細(xì)菌中許多結(jié)構(gòu)如六型分泌系統(tǒng)T6SS及R-type pyocins都屬于此類裝置，它們被認(rèn)為在細(xì)菌致病性中扮演了十分重要的角色。
來自發(fā)光桿菌的photorhabdus virulence cassette（PVC）代表一類大量存在于細(xì)菌和古細(xì)菌中的細(xì)胞外eCIS（extracellular CIS，eCIS）。封裝好的PVC分泌到胞外后，可以將攜帶的效應(yīng)因子注射進(jìn)真核細(xì)胞中，誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白的凝結(jié)。作為一種可以特異靶向真核細(xì)胞的eCIS，PVC的結(jié)構(gòu)及工作機(jī)制都不清楚。PVC顆粒較大，可以組裝為不同長度的顆粒，優(yōu)勢(shì)長度約117納米，直徑28納米。PVC顆粒可以完美展示冷凍電鏡技術(shù)在復(fù)雜樣品的結(jié)構(gòu)解析方面的優(yōu)勢(shì)：首先，其尺寸巨大，具有不同長度且處于不同功能狀態(tài)；其次，各部分的對(duì)稱性并不匹配，從針尖到內(nèi)外筒部分，對(duì)稱性從C1、C3變化到C6。病原生物學(xué)研究所金奇課題組與北京大學(xué)高寧課題組通力合作，利用合成生物學(xué)及冷凍電鏡技術(shù)，通過局部重構(gòu)的方式獲得了PVC各部分的精細(xì)結(jié)構(gòu)，包括預(yù)收縮狀態(tài)的基板復(fù)合物（C6對(duì)稱，3.5 ?）、固定內(nèi)外筒的帽子結(jié)構(gòu)（C6對(duì)稱，3.8 ?）、內(nèi)外筒復(fù)合物（螺旋對(duì)稱，2.9 ?）以及收縮狀態(tài)的外筒結(jié)構(gòu)（螺旋對(duì)稱，3.7 ?），并進(jìn)一步重構(gòu)了優(yōu)勢(shì)長度PVC裝置的中等分辨率的整體結(jié)構(gòu)（6.2 ?）。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，這個(gè)大小超過10MDa的裝置類似于一個(gè)簡化的T4噬菌體尾部結(jié)構(gòu)，多數(shù)組成元件與T4尾部具有基因同源性，并進(jìn)行了簡化和基因融合。另一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是，末端的帽子結(jié)構(gòu)與內(nèi)管的最頂層對(duì)接，并用六個(gè)伸展臂與外筒結(jié)合，從而將內(nèi)外筒一起鎖定在預(yù)收縮狀態(tài)。此外，該工作利用生化檢測及負(fù)染電鏡對(duì)各個(gè)亞基缺失的PVC裝置的組裝情況進(jìn)行觀察，以此提出了PVC的組裝模型。該研究獲得的大量豐富結(jié)構(gòu)信息對(duì)研究該類eCIS的作用機(jī)制提供了一個(gè)框架。因?yàn)閑CIS發(fā)揮功能時(shí)位于胞外，并且比其他分泌系統(tǒng)的組成成分簡單，具有潛在應(yīng)用前景，該結(jié)構(gòu)的闡釋為進(jìn)一步將這類納米裝置用作生物研究或治療應(yīng)用中的傳遞工具奠定了基礎(chǔ)。
病原生物學(xué)研究所江峰副研究員為論文第一作者，病原生物學(xué)研究所金奇研究員和北京大學(xué)高寧教授為共同通訊作者。該研究得到了中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康科技創(chuàng)新工程（2016-I2M-1-013）以及國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30202-8
（病原生物學(xué)研究所）
