近日，江南（中国）博士研究生以《ArcB orchestrates the quorum sensing system to regulate type III secretion system 1 in Vibrio parahaemolyticus》为题在高水平国际期刊《Gut Microbes》（影响因子12.8）上发表论文，揭示了副溶血弧菌杂合型组氨酸激酶ArcB协调群体感应系统（Quorum sensing, QS）调控其III型分泌系统（Type III secretion system, T3SS）的新机制。论文第一作者为22级海洋生物方向博士生张策，通讯作者为江南（中国）生物系教授赵哲。
副溶血弧菌（Vibrio parahaemolyticus）广泛存在于海洋环境中，是一种常见的危害海洋生物和人类健康的病原菌；不仅给海水养殖业造成巨大的经济损失，而且人类因食用污染的水产品引起急性肠胃炎、伤口感染和败血症等，因此对副溶血弧菌毒力机制及其防控研究备受广泛关注。T3SS是许多革兰氏阴性病原细菌中保守存在的毒力装置，病原菌利用T3SS向宿主细胞“注射”效应蛋白，操纵细胞的信号转导通路，以帮助自身侵染和定殖。T3SS基因的表达受各种环境和宿主因素的影响，也受到群体感应系统QS信号途径的调控，但具体的分子机制尚不清楚。本研究在副溶血弧菌中发现了一种杂合组氨酸激酶ArcB，与两种群体感应系统组分LuxQ和LuxO协同作用，调节其T3SS1的表达；在有氧条件下，LuxQ可以直接与ArcB相互作用，并磷酸化ArcB的Hpt结构域；随后ArcB的Hpt结构域磷酸化下游响应调节因子LuxO而不是ArcA；最终LuxO激活T3SS1基因簇的转录和表达，进而影响其细胞毒性。在厌氧条件下，ArcB自身磷酸化并且磷酸化ArcA，而ArcA不参与调节T3SS1的表达。该研究结果不仅揭示了副溶血弧菌响应外界环境调控T3SS1基因表达的分子机制，而且有关在有氧条件下ArcB调控T3SS功能的证据挑战了长期以往的ArcB仅是严格厌氧全局调节因子的认知。
ArcB协调群体感应系统调控副溶血弧菌T3SS1基因表达的分子模型
在低细胞密度和有氧条件下，组氨酸激酶LuxQ感知环境信号，并使用ATP作为磷酸供体将HisKA结构域内的保守组氨酸自磷酸化。然后该磷酸基团被转移到共价连接的REC结构域中的第二磷酸化位点。随后，磷酸基团被转移给ArcB C-端Hpt结构域中的组氨酸，后者又将其传递给RR LuxO内REC结构域中保守的天冬氨酸。磷酸化的LuxO通过控制ExsACDE操纵子来调节T3SS1的表达。
该研究得到了国家自然科学基金、江苏省海洋科技创新研究项目、江苏省农业科技自主创新资金的资助。
相关论文信息：Zhang C, Liu M, Wu Y, Li X, Zhang C, Call DR, Liu M, Zhao Z. ArcB orchestrates the quorum-sensing system to regulate type III secretion system 1 in Vibrio parahaemolyticus. Gut Microbes. 2023 Dec;15(2):2281016.
文章链接：https://doi.org/10.1080/19490976.2023.2281016
