行业动态INDUSTRY DYNAMIC

Science:默默地守护,尿液中的糖蛋白通过结合细菌来防止感染

来源:admin    发布时间:2020-08-25   阅读数:103

今天分享一篇发表在Science上的文章,文章通过代谢组学分析尿液中尿调节蛋白与致病菌之间的相互作用,揭示了尿调节蛋白防止尿道感染的具体机制。以下文章来源于Bio生物世界 ,作者生物世界。解读前沿科学进展,报道趣味研究发现,普及生命科学知识。


Science:默默地守护,尿液中的糖蛋白通过结合细菌来防止感染图

撰文:nagashi


人类的尿道很容易受到细菌感染,致病菌可以附着在尿道上皮表面暴露的糖链上,进而引发感染。当然,人体也存在相应的防御机制。长期以来,人们怀疑尿调节蛋白(UMOD)——人类尿液中含量最丰富的蛋白质,能够阻止致病菌与尿路多糖结合,从而保护机体免受此类感染。然而,这一保护机制却一直未被深入研究。

2020年8月21日,苏黎世联邦理工学院 Gregor L. Weiss 等人在 Science 上发表题为:Architecture and function of human uromodulin filaments in urinary tract infections 的研究论文。

这项研究在分子水平上揭示了尿调节蛋白如何与尿道中的致病性大肠杆菌相互作用。尿调节蛋白(UMOD)可以形成堆叠的鱼骨状细丝,对附着在尿道聚糖上致病菌起多价诱饵作用,由此产生的UMOD-致病菌聚合物可以随尿液排出,从而促进病原体清除。

研究人员还表示,这种针对尿道感染的先天保护可能对婴儿和儿童尤其重要!

Science:默默地守护,尿液中的糖蛋白通过结合细菌来防止感染


尿调节蛋白(UMOD)分泌于肾脏,是一种由糖蛋白亚基组装而成的纤丝状分子,分子量可高达几百万。值得注意的是,将近80%的人存在尿调节蛋白(UMOD)启动子变异,这一突变可以使得尿液中尿调节蛋白(UMOD)的浓度增加两倍。对此,有人认为尿调节蛋白(UMOD)可以作为尿路致病性大肠杆菌(UPEC)的可溶性黏附拮抗剂,从而防止尿路感染。

实际上,早在60年前,科学家就通过电子显微镜观察到尿调节蛋白(UMOD)形成的细丝状结构。然而,尽管有这些早期图像,但尿调节蛋白(UMOD)细丝的具体结构组织以及形成过程仍是未知的,这也是尿调节蛋白(UMOD)的保护作用一直没有被科学家发现的部分原因。

在这项研究中,研究人员首先开发了一种从尿液中纯化稳定尿调节蛋白(UMOD)细丝的方案,来自不同供体的解离尿调节蛋白(UMOD)单体的质谱显示了高度相似的、广泛的质量分布,这表明尿调节蛋白(UMOD)糖基化与性别和基因型无关。

紧接着,研究团队利用液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)建立了尿调节蛋白(UMOD)的位点特异性N-糖基化图。他们鉴定了连接在天冬酰胺(Asn)残基上的单个N-聚糖,并在Asn275和Asn513位点发现了高甘露糖醛酸N-聚糖。

Science:默默地守护,尿液中的糖蛋白通过结合细菌来防止感染
UMOD位点特异性糖基化模式和纤维结构


值得注意的是,由于尿路致病性大肠杆菌通过可以特异性识别高甘露糖醛酸N-聚糖的Ⅰ型菌毛黏附在尿道上皮细胞上。因此,研究人员推测尿调节蛋白(UMOD)可以通过Asn275和Asn513的多糖链竞争性结合尿路致病性大肠杆菌。

进一步将这些数据与冷冻电子断层成像术(cryo-ET)相结合,研究团队发现,Ⅰ型菌毛的顶端由FimH蛋白组成,而尿调节蛋白(UMOD)细丝延伸出的臂状结构可以与FimH相互作用,可能导致稳定的结合。事实上,这些研究表明,通过这种结合,尿调节蛋白(UMOD)介导了细菌团块的稳定形成。

Science:默默地守护,尿液中的糖蛋白通过结合细菌来防止感染
UMOD形成的细丝与泌尿道致病菌的黏附作用


与此同时,研究人员还发现了尿调节蛋白(UMOD)的其他几个功能尚未被剖析的复杂糖基化位点,他们推测这可能是其他尿致病菌蛋白的结合位点。基于此,研究小组对感染不同细菌(克雷伯氏菌、假单胞菌和链球菌)患者的尿液进行分析时,他们发现尿调节蛋白(UMOD)细丝中嵌入了类似的聚集细菌细胞。

Science:默默地守护,尿液中的糖蛋白通过结合细菌来防止感染
尿道感染患者的尿液显示了UMOD与致病菌的关联结合


论文第一作者 Gregor L. Weiss 表示:“尿调节蛋白(UMOD)除了对细菌感染有保护作用外,还可能依靠其独特的糖基化模式或丝状结构发挥其他分子作用。”

总而言之,此项研究将质谱技术和cryo-ET技术相结合,从而直接分析尿液中尿调节蛋白(UMOD)与致病菌之间的相互作用,揭示了尿调节蛋白(UMOD)防止尿道感染的具体机制。更重要的是,这项研究还展示了冷冻电子断层成像术(cryo-ET)在探索人体超分子结构和作用的强大力量,预示未来的研究可能会扩大冷冻电子断层成像术(cryo-ET)的使用。

看到这里,我们也不禁感慨,人体的确是一个精密而高效的整体,即便是那些被认为是废物的东西,也可能在意想不到的地方发挥着独特的作用。



论文链接:

1、https://science.sciencemag.org/content/369/6506/1005.long

2、https://science.sciencemag.org/content/369/6506/917



您可能还喜欢:

微生物群落在城市中构建遗传多样性的确定性过程

肠道微生物菌群成熟与儿童患哮喘风险



分享到: