非共生發光桿菌（Photorhabdus asymbiotica）是發光桿菌屬（Photorhabdus spp.）中唯一被發現能導致人類感染的種類，但是對其致病機制人們卻了解很少。Photorhabdus virulence cassette（PVC）代表一類廣泛分布于細菌和古細菌中的細胞外可收縮注射系統（Contractile Injection Systems）。細菌中許多結構如六型分泌系統T6SS及R-type pyocins等均屬于此類裝置，它們被認為在細菌致病性中扮演了十分重要的角色。近日，我所金奇課題組在Science China Life Sciences發表了題為Characterization of Photorhabdus Virulence Cassette as a causative agent in the emerging pathogen Photorhabdus asymbiotica的研究論文，闡明了PVC作為致病的非共生發光桿菌的作用機制。

在前期的工作中，金奇研究員課題組與合作單位首次報導了一個完整PVC復合物的冷凍電鏡結構（Cell, 2019），隨后發現了PVC的一個效應蛋白RRSP_Pa能夠通過抑制CDK1的磷酸化水平影響細胞增殖（Front. Microbiol. 2020），然而效應蛋白是如何被裝配進PVC以及PVC對何種類型宿主細胞直接發揮作用卻仍未可知。本研究中，進一步發現PVC的兩個效應蛋白Pdp1和Pnf能夠通過一種類似于“豌豆-豆莢”的方式被塞進PVC的內筒空間中，進而直接轉運至哺乳動物巨噬細胞中發揮毒性作用。其中，Pdp1蛋白屬于廣泛存在的一類具有雙重定位的dNTP焦磷酸酶（pyrophosphatase），具有一個DxDxxD活性位點。它在細胞核和微管中均有分布，通過降解細胞中的dNTP來影響細胞活性。Pnf則是一類脫酰胺酶（deamidase），通過對胞內Rho-GTPases（RhoA，Rac1，Cdc42）的脫氨基作用影響細胞骨架的形成,并最終導致細胞死亡。本研究不僅闡明了兩個PVC效應蛋白Pdp1及Pnf的的裝配方式，而且揭示了它們的作用機理以及PVC裝置的直接作用對象。為后續深入理解非共生發光桿菌的致病機制和對PVC的改造利用奠定了堅實的基礎。

圖1.廣泛分布的Pdp1是具有哺乳動物細胞雙重定位的dNTP焦磷酸酶效應蛋白。

王霞博士和北京大學生命科學學院程稼萱博士為該文章的共同第一作者，江峰副研究員和金奇研究員為共同通訊作者。