卷曲螺旋結構可調節脂多糖中的O抗原鏈的長度

論文：Hagelueken, G., et al. Nature structural & molecular biology 22, 50-56 (2015).

報告者：尹睿婕                   時間：14:10~15:00, Apr. 15, 2015

講評老師：吳尚蓉老師       地點：Room 601

摘要：

        脂多糖是組成格蘭氏陰性菌細胞壁中外膜的主要成分。其又被稱作內毒素且組成主要包含脂質A、核心多糖及細菌菌體抗原的抗原決定簇之多糖鏈三部分。其中多糖鏈又稱O-抗原鏈，其與細菌的毒力相關，此外，目前已發現超多一百八十種不同的大腸桿菌O-抗原血清型¹。其中大腸桿菌O9a的O-抗原鏈可透過ABC運輸蛋白路徑中多種蛋白間的交互作用進而將其送至細菌細胞壁的外膜。根據先前研究指出，O9a的O-抗原鏈的長度是由WbdA及WbdD所決定。再者，WbdD包含激酶及甲基轉移酶domain，其主要參與O-抗原鏈的聚合²。然而，有關決定O-抗原鏈的長度之分子機制仍不是很清楚。因此，作者結合X-ray蛋白質結晶學和溶液小角度散射的技術，探討大腸桿菌O9a的O-抗原鏈的組裝。其中，X-ray繞射結果顯示Wbd^1-556的C端含一卷曲螺旋domain。再者，此卷曲螺旋domain會與激酶活性位點產生交互作用，進而導致兩個活性位點的環會藉由W408及W382產生交互作用。進一步，由於部分卷曲螺旋domain的結構無法藉由X-ray蛋白質結晶學的方式得知，因此作者利用軟體製作一個WbdD C端的卷曲螺旋domain之模型。後續作者亦利用溶液小角度散射的技術證實此模型與Wbd^1-556真實的狀態是相符合的。接續作者設計四種不同的construct，分別是剔除連續性的heptads或增加連續性的heptads，此設計主要是想探討WbdD是如何調控O-抗原鏈的合成。結果顯示，帶有被剃除連續性heptads之脂多糖的O-抗原鏈較野生型的O-抗原鏈短；反之，若帶有增加連續性heptads之脂多糖，其O-抗原鏈較野生型的O-抗原鏈長。綜合以上實驗數據，作者結合X-ray蛋白質結晶學和溶液小角度散射的技術解出WbdD之卷曲螺旋domain的結構並發現此卷曲螺旋domain在大腸桿菌O9a O-抗原鏈合成的過程中扮演一基準的角色。此發現在未來可用於設計藥物並進一步抵抗與腸道相關之疾病。

參考資料：

1.         Hagelueken, G., et al. Structure of WbdD: a bifunctional kinase and methyltransferase that regulates the chain length of the O antigen in Escherichia coli O9a. Molecular microbiology 86, 730-742 (2012).

2.         King, J.D., et al. Lipopolysaccharide O antigen size distribution is determined by a chain extension complex of variable stoichiometry in Escherichia coli O9a. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 111, 6407-6412 (2014).