【醫學與健康科技創新工程進展快報 第48期】
病原生物學研究所與北京大學生命科學院合作在國際頂級期刊《細胞》（Cell）發表題為《Cryo-EM Structure and Assembly of an Extracellular Contractile Injection System》的研究論文，闡釋了一類廣泛存在于細菌的可收縮注射系統（Contractile Injection Systems, CISs）的結構和組裝機制。
CISs是一類非常重要的細胞穿刺納米元件，它與噬菌體的可收縮尾部有著高度的相似性。細菌中許多結構如六型分泌系統T6SS及R-type pyocins都屬于此類裝置，它們被認為在細菌致病性中扮演了十分重要的角色。
來自發光桿菌的photorhabdus virulence cassette（PVC）代表一類大量存在于細菌和古細菌中的細胞外eCIS（extracellular CIS，eCIS）。封裝好的PVC分泌到胞外后，可以將攜帶的效應因子注射進真核細胞中，誘導肌動蛋白的凝結。作為一種可以特異靶向真核細胞的eCIS，PVC的結構及工作機制都不清楚。PVC顆粒較大，可以組裝為不同長度的顆粒，優勢長度約117納米，直徑28納米。PVC顆粒可以完美展示冷凍電鏡技術在復雜樣品的結構解析方面的優勢：首先，其尺寸巨大，具有不同長度且處于不同功能狀態；其次，各部分的對稱性并不匹配，從針尖到內外筒部分，對稱性從C1、C3變化到C6。病原生物學研究所金奇課題組與北京大學高寧課題組通力合作，利用合成生物學及冷凍電鏡技術，通過局部重構的方式獲得了PVC各部分的精細結構，包括預收縮狀態的基板復合物（C6對稱，3.5 ?）、固定內外筒的帽子結構（C6對稱，3.8 ?）、內外筒復合物（螺旋對稱，2.9 ?）以及收縮狀態的外筒結構（螺旋對稱，3.7 ?），并進一步重構了優勢長度PVC裝置的中等分辨率的整體結構（6.2 ?）。經過分析發現，這個大小超過10MDa的裝置類似于一個簡化的T4噬菌體尾部結構，多數組成元件與T4尾部具有基因同源性，并進行了簡化和基因融合。另一個重要發現是，末端的帽子結構與內管的最頂層對接，并用六個伸展臂與外筒結合，從而將內外筒一起鎖定在預收縮狀態。此外，該工作利用生化檢測及負染電鏡對各個亞基缺失的PVC裝置的組裝情況進行觀察，以此提出了PVC的組裝模型。該研究獲得的大量豐富結構信息對研究該類eCIS的作用機制提供了一個框架。因為eCIS發揮功能時位于胞外，并且比其他分泌系統的組成成分簡單，具有潛在應用前景，該結構的闡釋為進一步將這類納米裝置用作生物研究或治療應用中的傳遞工具奠定了基礎。
病原生物學研究所江峰副研究員為論文第一作者，病原生物學研究所金奇研究員和北京大學高寧教授為共同通訊作者。該研究得到了中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程（2016-I2M-1-013）以及國家自然科學基金等項目的支持。
論文鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30202-8
（病原生物學研究所）
