1月28日，中国海洋大学海洋生命学院张玉忠教授团队与山东大学等单位合作，在Nature Communications在线发表了题为“Structure of Vibrio collagenase VhaC provides insight into the mechanism of bacterial collagenolysis”（弧菌胶原蛋白酶VhaC的结构研究深入揭示细菌酶解胶原蛋白机制）的研究论文。张玉忠教授和山东大学的陈秀兰教授为该研究的共同通讯作者，山东大学博士研究生王琰和海洋生命学院王鹏副教授为并列第一作者，中国海洋大学为第一作者单位和通讯作者单位。
致病性弧菌是人类和水生动物的常见病原菌，其分泌的胶原蛋白酶与弧菌的发病机制密切相关，已经被确定为重要的致病因子，通过对宿主细胞外基质中胶原组分的降解作用协助其他毒素的扩散。目前弧菌胶原酶识别和降解胶原蛋白的分子机制尚不完全清楚。
海洋致病菌Vibrio harveyi VHJR7胶原酶VhaC是一个多结构域蛋白，由肽酶M9N结构域（激活结构域）和肽酶M9结构域（肽酶结构域）构成的胶原酶催化模块以及附属的PKD-like结构域和PPC结构域组成。本文利用原子力显微镜观察和生化实验分析揭示了VhaC通过率先降解C端端肽游离出原胶原分子片段，并以切割胶原蛋白肽链Gly-X-Y重复三联体中Y-Gly键的方式逐步将原胶原片段水解成小肽和氨基酸的降解模式。在此基础上，利用小角度射线散射研究了VhaC全酶在溶液中的整体构象和域间排列并解析了VhaC催化模块的马鞍状晶体结构。通过生化实验和分子动力学模拟，阐明了VhaC催化模块利用激活结构域识别结合胶原三螺旋，随后通过构象闭合运动使底物靠近肽酶结构域催化中心并完成催化水解的过程和分子机制。本研究提出了M9A亚家族弧菌胶原酶VhaC对胶原蛋白的降解机制模型，有助于更好地理解弧菌胶原酶的致病性作用，为以弧菌胶原酶作为药物靶点设计新型抗弧菌感染药物提供了信息。
图1 弧菌胶原酶VhaC降解胶原蛋白的过程与机制示意图
张玉忠教授领衔的研究团队长期从事海洋微生物学与微生物海洋学研究，近年来在海洋微生物驱动的碳、氮、硫元素循环领域取得了系列研究成果。本次在Nature Communications上发表的研究成果是该团队在海洋微生学、海洋微生物酶学研究领域取得的又一重要研究进展。
该论文由中国海洋大学、山东大学、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、中国极地研究中心等单位的相关学者合作完成。研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金项目、山东省重大科技创新工程、泰山学者攀登计划等项目的资助。
通讯员：李春阳
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28264-1
