Cell：细菌膜蛋白PspA与人膜蛋白ESCRT-III具有惊人的结构相似性

2021年6月30日讯/生物谷BIOON/---诸如细菌之类的简单有机体的细胞，以及人类的细胞，都被一层膜所包围。这层膜完成了各种任务，包括保护细胞免受应激。在一项新的研究中，德国研究人员发现，在细菌中发现的一种膜蛋白与负责重塑和重建人类细胞膜的一组蛋白质具有相似的结构和功能。在此之前人们并不知道这两组蛋白质之间的联系。相关研究结果近期发表在Cell期刊上，论文标题为“PspA adopts an ESCRT-III-like fold and remodels bacterial membranes”。

PspA在细菌应激反应中发挥关键作用

噬菌体休克蛋白（Psp）系统是大约30年前在细菌中发现的。当时，它被确定为大肠杆菌对噬菌体感染的一种反应。后来人们发现，它在保护细胞膜方面的功能超过了对噬菌体感染的具体反应。渗透压、热、细胞毒素或膜包膜的缺陷也能触发应激反应。

论文共同通讯作者、德国美因茨约翰内斯-古腾堡大学的Dirk Schneider教授解释说，“今天，我们知道Psp系统在应对多种类型的膜应激时被激活。然而，一些分子细节仍然令人困惑。这就是为什么我们决定仔细研究Psp系统的核心蛋白。”他与他的团队一起，最近发现了作为一种代表性的Psp，IM30如何在细胞膜上形成一个保护性的地毯状结构，以应对膜应激。

在这项新的研究中，这些作者仔细研究了在Psp系统中具有关键作用的噬菌体休克蛋白A（PspA）。具体来说，通过使用低温电子显微镜，可以看到PspA如何形成长的、螺旋形的管子，该管子可以将生物膜包围在内腔。这些高分辨率图像如今首次显示了PspA是如何在局部溶解单个膜，然后将其重塑为更大的单元，甚至介导新膜结构的形成。

图片来自Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.05.042。

论文共同通讯作者、德国杜塞尔多夫大学的Carsten Sachse教授说，“数以千计的PspA构成单元可以组装成大型螺旋结构。因此，它们是我们低温电子显微镜结构分析的理想研究对象。”

PspA重塑膜结构

在低温电子显微镜下，这些作者能够解析出PspA的结构。一种蛋白质的结构对其功能至关重要，结构上的缺陷会损害蛋白质的功能。Sachse说，“在这种显微镜下，我们意识到PspA的结构与我们实验室已经在研究的ESCRT-III蛋白相似。这完全是一个惊喜，表明详细阐明蛋白质结构是多么重要。经过数十亿年的时间，这两组蛋白质在基因上的分歧如此之大，以至于只能根据它们的结构来检测它们的相似性。”

ESCRT-III蛋白存在于所有具有真正细胞核的有机体内，包括人类细胞。在那里，ESCRT-III蛋白复合物参与了细胞膜重塑和修复，但也在其他一些细胞过程中发挥了关键作用。在细菌中，以前没有发现属于ESCRT-III家族的蛋白质。Schneider说，“因此，PspA和ESCRT-III属于同一组蛋白。这两者在细胞内部的膜上执行类似的任务。”

这些作者写道，“基于PspA和真核ESCRT-III蛋白具有相似的结构和功能特性，我们确定PspA是进化保守的ESCRT-III膜重塑蛋白超家族的一个细菌成员。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Benedikt Junglas et al. PspA adopts an ESCRT-III-like fold and remodels bacterial membranes. Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.05.042.