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文章題目：The β-d-manno-heptoses are immune agonists across kingdoms
期刊：Science
發(fā)表時(shí)間：2024年8月9日
主要內(nèi)容：中國(guó)科學(xué)院微生物研究所陳義華研究團(tuán)隊(duì)與北京生命科學(xué)研究所邵峰團(tuán)隊(duì)和微生物研究所吳邊研究團(tuán)隊(duì)，在Science雜志上發(fā)表了文章The β-d-manno-heptoses are immune agonists across kingdoms，該研究發(fā)現(xiàn)多種NDP-甘露庚糖是跨界分布的免疫激動(dòng)劑，拓展了NDP-甘露庚糖分布的廣泛性和種類的多樣性，為后續(xù)研究其在不同生命體中的生理功能奠定基礎(chǔ)。
原文鏈接：http://doi.org/10.1126/science.adk7314
使用TransGen產(chǎn)品：
PerfectStart? Taq DNA Polymerase (AP401)
研究背景
ADP-D-甘油-β-D-甘露庚糖（ADP-甘露庚糖）是脂多糖核心結(jié)構(gòu)的合成前體，后者是細(xì)菌細(xì)胞壁的重要組成成分。ADP-甘露庚糖來源于戊糖磷酸途徑的中間體景天庚酮糖7-磷酸，經(jīng)異構(gòu)化、磷酸化、去磷酸化及核苷轉(zhuǎn)移四步反應(yīng)合成。基于結(jié)構(gòu)域的不同，NDP-甘露庚糖核苷轉(zhuǎn)移酶分為三類：以HldC為代表的單功能域核苷轉(zhuǎn)移酶，以HldE為代表的雙功能激酶/核苷轉(zhuǎn)移酶和以SepB為代表的三功能域異構(gòu)酶/激酶/核苷轉(zhuǎn)移酶。前兩類核苷轉(zhuǎn)移酶在革蘭氏陰性細(xì)菌中普遍存在。當(dāng)前，對(duì)于NDP-甘露庚糖合成酶的認(rèn)識(shí)局限于細(xì)菌，非細(xì)菌來源的NDP-甘露庚糖合成酶還沒有被發(fā)現(xiàn)。
文章概述
研究團(tuán)隊(duì)通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，三類NDP-甘露庚糖核苷轉(zhuǎn)移酶廣泛分布于細(xì)菌、古菌、真核生物甚至病毒中。前期研究表明，負(fù)責(zé)NDP-甘露庚糖合成的第三步磷酸水解酶在有些細(xì)菌中不是必需的，加上有的物種基因組測(cè)序不完整，作者推測(cè)可能有更多的生物含有完整的NDP-甘露庚糖合成路徑。
NDP-甘露庚糖合成酶分布的廣泛性暗示其不僅僅只能合成ADP-甘露庚糖，也有可能合成其他種類的甘露庚糖代謝產(chǎn)物。作者通過體外酶學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，來源于病毒、古菌、細(xì)菌及真核生物的NDP-甘露庚糖合成酶都能夠合成ADP-甘露庚糖，同時(shí)發(fā)現(xiàn)來源于放線菌的三功能蛋白Cth-2和來源于軟蛤的雙功能蛋白HldEMA還能夠合成新結(jié)構(gòu)的CDP-甘露庚糖。文獻(xiàn)調(diào)研表明，NDP-甘露庚糖核苷轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域中一段保守的(F/L)XXGXSTT（STT）特征序列參與NTP的結(jié)合及穩(wěn)定核苷轉(zhuǎn)移反應(yīng)的中間態(tài)。當(dāng)STT序列中的第五位為精氨酸時(shí)，作者將該序列命名為STTR5。對(duì)Cth-2的核苷轉(zhuǎn)移酶功能域進(jìn)行結(jié)構(gòu)模擬及分子對(duì)接分析表明，STTR5序列于Cth-2穩(wěn)定ATP和CTP非常重要。
作者發(fā)現(xiàn)，除第五位氨基酸外，三功能域NDP-甘露庚糖合成酶Sa-4 (648YVSGHSTT)和Be-6 (688YLDGHSTT)的STT特征序列與Cth-2 (707YVDGRSTT) 非常相似，但Sa-4和Be-6只能合成ADP-甘露庚糖?；赟TTR5序列對(duì)Cth-2結(jié)合NTP的重要性，作者進(jìn)行了對(duì)Be-6及其突變體Be-6*(H692R)與不同NTP底物結(jié)合的分子動(dòng)力學(xué)模擬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Be-6*(H692R)結(jié)合不同NTP的機(jī)制與Cth-2識(shí)別ATP和CTP的作用機(jī)制類似，解釋了Be-6*(H692R)能夠識(shí)別CTP和UTP的機(jī)制。
回溯分析發(fā)現(xiàn)，能夠識(shí)別CTP的HldEMA和來源于類鼻疽伯克氏菌的HldCBP均含有STTR5 (146FEHDRSTT) 特征序列。生物信息學(xué)分析顯示，含有STTR5的NDP-甘露庚糖核苷轉(zhuǎn)移酶廣泛分布于真核生物、古菌以及細(xì)菌中，主要分布于細(xì)菌中的變形菌門和放線菌門。其中，含STTR5的單功能域NDP-甘露庚糖核苷轉(zhuǎn)移酶主要分布于伯克氏菌目。隨后，作者鑒定了一系列跨界來源的NDP-甘露庚糖核苷轉(zhuǎn)移酶及其突變體，結(jié)果顯示，STTR5特征序列是NDP-甘露庚糖核苷轉(zhuǎn)移酶具有NTP底物寬泛性的充分，但非必要條件。
作者通過模擬大腸桿菌生理?xiàng)l件下（ATP 3.5 mM、CTP 0.3 mM、UTP 0.7 mM），測(cè)試細(xì)胞內(nèi)NDP-甘露庚糖的濃度，結(jié)果顯示，在模擬條件下，絕大部分的NDP-甘露庚糖合成酶都能夠合成前述酶學(xué)反應(yīng)（NTP濃度都為2 mM）中相同類型的NDP-甘露庚糖，且產(chǎn)量不低。隨后，作者進(jìn)一步探究了CDP-和UDP-甘露庚糖是否也能夠激活天然免疫，通過解析ALPK1與CDP-甘露庚糖的共晶結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)模擬分析ALPK1與UDP-甘露庚糖的結(jié)合方式、體外TIFA磷酸化實(shí)驗(yàn)以及293T和BMDM小鼠細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，CDP-和UDP-甘露庚糖都能夠激活NF-κB，強(qiáng)度明顯高于ADP-甘露庚糖。在隨后的小鼠水平驗(yàn)證研究發(fā)現(xiàn)ADP-、CDP-和UDP-甘露庚糖都能夠激活NF-κB介導(dǎo)的細(xì)胞因子的釋放。相比于ADP-甘露庚糖，CDP-和UDP-甘露庚糖能夠在血清中引起更高水平的GRO-α及MCP-1等細(xì)胞因子的表達(dá)。
最后，作者對(duì)NDP-甘露庚糖的受體ALPK1的分布進(jìn)行了細(xì)致分析。ALPK1的同源蛋白保守存在于脊椎動(dòng)物中，主要存在于鳥類和哺乳動(dòng)物中，不同來源的ALPK1都能夠識(shí)別ADP-甘露庚糖，進(jìn)而激活NF-κB。此外，作者發(fā)現(xiàn)，TIFA的同源蛋白也保守分布于脊椎動(dòng)物中。比較跨界分布的NDP-甘露庚糖合成酶及ALPK1的分布，作者猜測(cè)，在后口動(dòng)物喪失合成NDP-甘露庚糖的能力后，一些脊椎動(dòng)物如哺乳動(dòng)物，進(jìn)化出了ALPK1作為模式識(shí)別受體以識(shí)別跨界來源的NDP-甘露庚糖分子。
綜上所述，該研究拓展了NDP-甘露庚糖分布的廣泛性和種類的多樣性，發(fā)現(xiàn)多種NDP-甘露庚糖是跨界分布的免疫激動(dòng)劑，為后續(xù)研究NDP-甘露庚糖在不同生命體中的功能奠定了基礎(chǔ)。
NDP-甘露庚糖是跨界分布的免疫激動(dòng)劑
全式金產(chǎn)品支撐
優(yōu)質(zhì)的試劑是科學(xué)研究的利器。全式金的DNA聚合酶產(chǎn)品PerfectStart? Taq DNA Polymerase (AP401)助力本研究。
PerfectStart? Taq DNA Polymerase (AP401)
本產(chǎn)品利用3種單克隆抗體與Taq DNA Polymerase高效結(jié)合，有效地封閉了DNA聚合酶活性，阻止了低溫下的非特異性擴(kuò)增。隨著變性步驟的進(jìn)行，抗體失活，PerfectStart? Taq DNA Polymerase參與擴(kuò)增反應(yīng)，有效地增強(qiáng)了擴(kuò)增效率，提高擴(kuò)增靈敏度和特異性。擴(kuò)增產(chǎn)物3′端帶“A”堿基，可直接克隆于pEASY?-T系列載體中。
產(chǎn)品特點(diǎn)
● 熱啟動(dòng)，高特異性。
● 高靈敏度。
● 高擴(kuò)增效率。
● 大腸桿菌基因組DNA殘留低。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
全式金產(chǎn)品再一次登上Science期刊，證明了大家對(duì)全式金產(chǎn)品品質(zhì)和實(shí)力的認(rèn)可，也完美詮釋了全式金一直以來秉承的“品質(zhì)高于一切，精品服務(wù)客戶”的理念。全式金始終在助力科研的道路上砥礪前行，希望未來能與更多的科研工作者并肩奮斗，用更多更好的產(chǎn)品持續(xù)助力科研。
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● Tang Y, Tian X Y, Wang M, et al. The β-d-manno-heptoses are immune agonists across kingdoms [J]. Science, 2024.
