結構解析鏈球菌中調控細胞間交互作用的ComRS系統及其功能分析

論文：A. Talagas, L. Fontaine, L. Ledesma-Garcia, J. Mignolet, I. Li de la Sierra-Gallay, N. Lazar, M. Aumont-Nicaise, M. J. Federle, G. Prehna, P. Hols, and S. Nessler, Structural insights into streptococcal competence regulation by the cell-to-cell communication system ComRS, PLoS Pathog, 12 (2016)

報告者：吳彩瑜                           時間：14:00~15:00, Mar. 08, 2017

講評老師：鄭文義老師               地點：Room 601

摘要

自然界中格蘭氏陽性菌之間，細胞與細胞的交互作用透過製造並分泌費洛蒙到環境中，其他細胞的接受器會接受相關訊號，接受到相關訊號後再做出適當的反應，而這樣的現象被稱為quorum sensing，而quorum sensing主要是透過細胞族群的密度作為基準，去調節細菌族群該走向進攻或是防守的階段，透過這樣子的訊息傳遞，可以幫助細菌族群更有效的感染宿主，或是能有效率的躲避宿主細胞的攻擊。在格蘭氏陽性菌中，RNPP (Rap, NprR, PrgX and PlcR) 蛋白家族是目前被研究非常多的接受反應蛋白，這個蛋白家族的特色是含有一個tetratricopeptide-repeat (TPR)-type胜肽結合的domain，且除了Rap之外在N端皆含有HTH DNA結合的domain，近年來的研究發現Rgg這個蛋白可以再細分為兩個子分類，一個是餘SHP相關的Rgg蛋白，另一個則是ComR regulator，在streptococcus中，ComR蛋白主要可以調節細胞勝任的相關基因表現，ComR系統中，由ComS作為訊息傳遞的訊號，而ComR則作為訊號接受的蛋白，其中ComS會經由專一的剪切形成成熟型態具有功能的胜肽片段稱為XIP，過去許多研究都指出，許多抗生素的發展可以透過抑制細菌細胞的勝任相關基因而達到抑制細菌生長的效果。然而在目前的研究中，對於ComR系統如何調控細菌成為勝任細胞的機制尚不清楚，因此，本篇作者利用解析結構的方式，去了解ComR系統如何調節相關基因表現，本篇作者解出了Streptococcus thermophiles中ComR蛋白的結構，除此之外，也解出了ComR/XIP/DNA複合物的結構，利用不同階段的結構可以去解析，在不同的階段蛋白質的變化，此外，也結合了點突變的實驗以及ITC實驗去證實對此蛋白種藥的胺基酸，在這篇研究中發現，當ComR蛋白沒有和他的基質XIP結合時，HTH DNA結合的domain是被隱藏的，無法去辨識並結合DNA而引起下游反應，當XIP結合後，會促使ComR蛋白進行結構上的變化，而使的HTH DNA結合domain放出來，因此可以去辨識相對的DNA序列，進而引起下游與勝任細胞相關的基因表現，而在這些研究中也找出了ComR與XIP交互作用的主要胺基酸位點，這篇研究提供的資訊可以做為未來抗生素的研發，利用藥物結構設計以抑制ComR去刺激下游基因表現。

參考資料

1.    Perchat, S., et al. A cell-cell communication system regulates protease production during sporulation in bacteria of the Bacillus cereus group. Molecular microbiology 82, 619-633 (2011).

2.    Aravind, L., Anantharaman, V., Balaji, S., Babu, M.M. & Iyer, L.M. The many faces of the helix-turn-helix domain: transcription regulation and beyond. FEMS microbiology reviews 29, 231-262 (2005).

3.    Fleuchot, B., et al. Rgg proteins associated with internalized small hydrophobic peptides: a new quorum-sensing mechanism in streptococci. Molecular microbiology 80, 1102-1119 (2011).