泛素化修飾是一種在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中普遍存在的蛋白質(zhì)翻譯后修飾形式，主要包括單泛素化修飾以及通過(guò)不同連接方式形成的多泛素化修飾。這種重要的修飾方式通過(guò)其獨(dú)特的分子機(jī)制，在多種關(guān)鍵的細(xì)胞過(guò)程中發(fā)揮著核心調(diào)控作用。其中，K48型泛素鏈修飾主要參與細(xì)胞中的泛素-蛋白酶體降解途徑，負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的質(zhì)量控制。福氏志賀氏菌（S. flexneri）是一種常見(jiàn)的致病菌，在入侵宿主細(xì)胞時(shí)會(huì)分泌多種效應(yīng)蛋白促進(jìn)其在宿主細(xì)胞中的生存和增殖。IpaH1.4效應(yīng)蛋白是福氏志賀氏菌分泌的一種NEL型E3泛素連接酶，可通過(guò)介導(dǎo)相關(guān)宿主蛋白的K48型泛素化修飾和蛋白酶體降解來(lái)抑制宿主的天然免疫反應(yīng)。中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所生命過(guò)程小分子調(diào)控全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的潘李鋒團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于研究效應(yīng)蛋白IpaH1.4的作用機(jī)制。課題組前期的相關(guān)研究工作首次揭示了效應(yīng)蛋白IpaH1.4采用多種“伎倆”破壞宿主線性泛素組裝復(fù)合物LUBAC的作用機(jī)制（PNAS. 2022, 119(12), e2116776119）。但是，目前IpaH1.4可靶向的其它潛在的人源宿主蛋白以及相關(guān)的作用機(jī)制仍不是非常清楚。
近期，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生命過(guò)程小分子調(diào)控全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室潘李鋒團(tuán)隊(duì)、張一小團(tuán)隊(duì)以及上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院的姚玉峰團(tuán)隊(duì)合作在Nature Communications發(fā)表了題為“Shigella?effector IpaH1.4 subverts host E3 ligase RNF213 to evade antibacterial immunity”的研究論文（https://www.nature.com/articles/s41467-025-58432-y）。在該項(xiàng)研究中，團(tuán)隊(duì)成員首先通過(guò)親和質(zhì)譜鑒定，首次發(fā)現(xiàn)免疫關(guān)鍵因子E3泛素連接酶RNF213為IpaH1.4在人源宿主細(xì)胞內(nèi)的又一個(gè)重要的底物蛋白。RNF213是人源細(xì)胞中最大的一個(gè)E3泛素連接酶，由5207個(gè)氨基酸殘基組成，其基因變異會(huì)引起腦血管異常，并導(dǎo)致煙霧?。?/span>Moyamoya disease）。隨后，通過(guò)系統(tǒng)的生物化學(xué)、結(jié)構(gòu)生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)分析，團(tuán)隊(duì)成員首次揭示福氏志賀菌的E3效應(yīng)蛋白IpaH1.4能夠通過(guò)其LRR結(jié)構(gòu)域與RNF213的RING結(jié)構(gòu)域的特異性相互作用直接靶向人源RNF213，并在細(xì)胞內(nèi)介導(dǎo)RNF213的K48型泛素化修飾及蛋白酶體降解。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)成員解析了人源RNF213的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)以及IpaH1.4 LRR/RNF213 RING復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，詳細(xì)闡明了IpaH1.4特異性識(shí)別RNF213的分子機(jī)制。最后，基于細(xì)胞的功能實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)成員證明了IpaH1.4對(duì)宿主RNF213的靶向作用促進(jìn)了福氏志賀氏菌在感染細(xì)胞內(nèi)的增殖。
圖1.?福氏志賀氏菌E3效應(yīng)蛋白IpaH1.4拮抗免疫相關(guān)蛋白RNF213的作用機(jī)制
基于本研究的發(fā)現(xiàn)及先前關(guān)于RNF213泛素化修飾脂多糖（LPS）的報(bào)道，該團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)模型來(lái)描述福氏志賀氏菌在入侵宿主細(xì)胞過(guò)程中通過(guò)效應(yīng)蛋白IpaH1.4靶向降解宿主RNF213來(lái)破壞RNF213介導(dǎo)的宿主抗入侵病原體的免疫反應(yīng)過(guò)程：當(dāng)福氏志賀氏菌侵入宿主細(xì)胞質(zhì)后，其外膜上的LPS分子會(huì)被RNF213特異性識(shí)別；RNF213進(jìn)一步介導(dǎo)LPS的泛素化修飾，并招募LUBAC復(fù)合物在入侵細(xì)菌表面介導(dǎo)線性泛素化鏈的形成；隨后，下游線性泛素鏈結(jié)合蛋白（如NEMO和Optineurin）被募集，從而觸發(fā)炎癥反應(yīng)和降解入侵病原體的選擇性自噬過(guò)程，以抑制細(xì)菌在宿主細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制；然而，福氏志賀氏菌可通過(guò)分泌E3效應(yīng)蛋白IpaH1.4，利用本研究揭示的IpaH1.4 LRR結(jié)構(gòu)域與RNF213 RING結(jié)構(gòu)域的特異性相互作用，直接靶向并劫持RNF213；隨后，IpaH1.4能夠介導(dǎo)RNF213的K48連接型泛素化修飾及蛋白酶體降解，從而拮抗RNF213誘導(dǎo)的宿主抗菌免疫過(guò)程，促進(jìn)福氏志賀氏菌在宿主細(xì)胞內(nèi)的增殖?？傊?，此研究工作揭示了福氏志賀氏菌通過(guò)效應(yīng)蛋白IpaH1.4劫持宿主關(guān)鍵免疫因子RNF213來(lái)促進(jìn)細(xì)菌入侵和增殖的新策略，并為未來(lái)抗福氏志賀氏菌感染的藥物研發(fā)提供了新的潛在作用靶標(biāo)。
圖2.?福氏志賀氏菌通過(guò)E3效應(yīng)蛋白IpaH1.4拮抗宿主RNF213的模型示意圖
中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所博士研究生周鑫頔、博士研究生張慧晶、已畢業(yè)的王亞茹博士和上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院王丹霓副教授為本論文的共同第一作者，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所的潘李鋒研究員、張一小研究員以及上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院的姚玉峰教授為該論文的共同通訊作者。上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)項(xiàng)目、中國(guó)上海獸醫(yī)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院青年交叉團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目和生命過(guò)程小分子調(diào)控全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助。
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