揭示微妙的蛋白質之舞 了解寄生蟲瓦解宿主防禦的武裝

病原體通過分泌或表達效應蛋白質(Effector proteins)，來劫持宿主細胞的功能，創造有利於其生存和繁殖的環境。這些病原微生物，包括真核生物的寄生蟲、原核生物的細菌以及病毒，都會表達效應蛋白質，這些蛋白質就像是病原體的「彈藥庫」。效應蛋白質通過增加病原體的入侵效率、抑制宿主的免疫系統或啟動病原體的複製，對其存活和傳播至關重要。例如，病毒可能干擾宿主的信號傳導路徑，使細胞進入有利於病毒複製的狀態；某些細菌會分泌毒素，破壞宿主細胞的細胞骨架，促進病原體的侵入和擴散。此外，病原體還能通過抑制宿主的免疫反應，逃避免疫監視，從而增加感染的成功率。

弓形蟲病是一種由弓形蟲(Toxoplasma gondii)感染引起的全身性疾病，特別對孕婦和免疫系統不全者風險更高。弓形蟲通過傳播至貓作為最終宿主，並在其他溫血動物，包括人類在內，作為中間宿主進行傳播。為了避免宿主的免疫攻擊，弓形蟲會分泌效應蛋白質TgPDCD5，這種蛋白質會引發宿主巨噬細胞(macrophage)的細胞凋亡(apoptosis)。儘管TgPDCD5如何進入宿主細胞的機制尚不完全清楚，但已有研究提出，TgPDCD5可能通過與宿主細胞表面的肝素或硫酸乙醯肝素蛋白聚醣交互作用，誘導胞吞作用而進入細胞。然而，由於蛋白質作為生物巨分子一般難以通過細胞膜。

農業化學系/生化科學所/基因體與系統生物學程教授徐駿森研究團隊，希望通過結構生化與生物物理的研究，闡明TgPDCD5蛋白的作用機制與功能。利用圓二色光譜、螢光光譜和同步輻射X光小角度散射等技術，研究團隊首先提供TgPDCD5具有熔球狀特徵的確鑿證據。進一步的NMR解析顯示，TgPDCD5由5個α螺旋組成，並呈現高可動性的熔球態，同時化學位移擾動實驗亦建立了TgPDCD5與硫酸肝素多醣之間交互作用的結構基礎。有趣的是，研究團隊發現另一種由弓形蟲「彈藥庫」分泌的脯胺酸異構酶TgCyp18，可以對TgPDCD5的脯胺酸順反異構催化具有調節作用，有助於TgPDCD5與硫酸肝素多醣的結合和分離調控。這樣的調控猶如一艘船在靠岸時下錨來穩定，而離岸時則起錨以便航行。因此，研究團隊提出TgPDCD5進入細胞的分子機制，先通過與細胞表面肝素多醣的結合，而後藉由蛋白質熔球態保持足夠柔韌度，猶如微妙的蛋白質之舞，展開膜易位而進入細胞。

此研究已於2024年5月27日刊登於由美國化學會所出版的傑出期刊 JACS Au，並獲選為期刊封面。

研究成果全文：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.3c00577
期刊封面：https://pubs.acs.org/toc/accacs/11/17