感动!尿液中的“守护使者”能结合细菌并防止感染

2020
08/26

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探索菌 /  生物探索
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研究发现,UMOD的细丝会充当细菌病原体的多价诱饵,由此产生的尿调节素-病原体聚集物能够阻止细菌粘附到尿道上皮的糖蛋白上,并在尿液排出时促进病原体清除。

尿路感染是临床上较为常见的疾病之一,通常是由于病原菌附着在泌尿道上皮表面的糖链上而引发的感染。尿调节素(UMOD)是人类尿液中最丰富的一种蛋白,其作为糖基磷脂酰肌醇锚定的前体产生后,会被蛋白酶hepsin裂解,并组装成平均长度约2.5 μm的均聚物长丝。

长期以来,人们一直怀疑这种蛋白可防止细菌与尿道聚糖结合,从而保护机体免受此类感染,但这种保护的基础机制尚不清楚。

8月21日,由瑞士苏黎世联邦理工学院分子生物学与生物物理研究所带领的一支研究团队在《Science》上发表了一项研究,揭示了UMOD如何与尿道致病性大肠杆菌(UPEC)相互作用。他们发现 :UMOD的细丝会充当细菌病原体的多价诱饵,由此产生的尿调节素-病原体聚集物能够阻止细菌粘附到尿道上皮的糖蛋白上,并在尿液排出时促进病原体清除。

DOI: 10.1126/science.aaz9866

具体而言,为了说明UMOD聚合物中的聚糖排列,研究人员通过冷冻电子断层扫描对UMOD细丝进行成像,发现UMOD丝由锯齿形的骨架和侧向伸出的臂组成。

接下来,研究人员探究了UMOD细丝与UPEC菌株Ⅰ型菌毛的粘附素FimH之间的相互作用。通过分析,他们首先确定了UMOD臂Asn275处的Man5‒9聚糖是唯一可访问的FimHL识别位点。

随后,研究人员通过cryoET成像分析了UMOD细丝与Ⅰ型有毛和无毛型大肠杆菌细胞混合物的结合。实验显示,菌毛和UMOD之间的接触部位主要在含有FimH的菌毛尖端。相比之下,没有UMOD细丝聚集在无毛细胞或用弹性蛋白酶消化形式的UMOD孵育的有毛细胞周围。这表明,大肠杆菌-UMOD的结合需要同时存在Ⅰ型菌毛和糖基化的UMOD臂。

Umod与有毛细菌结合并可能导致细胞聚集

进一步的分析表明,复杂类型的UMOD聚糖可能与不同的尿路致病菌呈现的不同类型的菌毛粘附素相互作用。这一点在随后的研究中得到证实。

研究人员在对尿路感染患者未经处理的尿液进行分析后发现,大肠杆菌所致尿路感染患者的尿液显示,细菌团块被嵌入纤维结构中。同一样品中的个别细菌菌毛严重,并始终被许多UMOD细丝包围。同时,在其他病原体(包括肺炎克雷伯菌,铜绿假单胞菌和链球菌链球菌)所致尿路感染患者的尿液也观察到了类似的情况。

尿路感染患者的尿液显示细胞聚集以及菌毛介导的Umod与细菌细胞的关系

作者强调,与链状沙门氏菌细胞的抗体交联的团块有助于从肠道中清除病原体的机制相似,UMOD介导的细胞聚集可能有助于通过排尿有效清除细菌。

总结而言,这项研究在分子水平上揭示了UMOD细丝如何与人尿中的致病性大肠杆菌细胞相互作用,这些结果为理解UMOD的保护功能提供了结构基础。

参考资料:

[1] https://science.sciencemag.org/content/369/6506/1005


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关键词:
UMOD,细菌,研究,细胞,尿液

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