2014年11月20日，北京生命科学研究所邵峰实验室在线发表“Structure and Specificity of the Bacterial Cysteine Methyltransferase Effector NleE Suggests a Novel Substrate in Human DNA Repair Pathway”的研究论文。该研究报道了来自肠致病性大肠杆菌的半胱氨酸甲基转移酶效应蛋白NleE和其配体腺苷甲硫氨酸（SAM）复合物的晶体结构、NleE对底物TAB2/TAB3的锌指半胱氨酸甲基化修饰机制的分析并鉴定出宿主DNA损伤修复蛋白ZRANB3为NleE 的一个新底物。

   邵峰实验室在此前的研究中发现NleE效应蛋白抑制NF-kB通路的机制是通过甲基化修饰该通路中TAB2/3分子C端锌指结构域中的一个半胱氨酸，从而阻断TAB2/3介导的泛素链信号识别和传递（Nature 481: 204-208)。这是首次报道半胱氨酸甲基化作为一种新颖的蛋白质翻译后修饰调节信号转导。由于NleE的氨基酸序列和已知甲基转移酶缺乏同源性，因此对NleE结构和功能的深入分析有助于进一步研究这种新型翻译后修饰。

   在这项研究中，邵峰实验室的研究人员首先解析了NleE的晶体结构，发现其具有a+b的罗斯曼折叠模式，整个分子具有“三明治”形状。甲基供体SAM主要通过三个关键残基结合到NleE分子表面的一个“口袋”中，对这些位点的突变研究也验证这个结构分析。基于NleE结构，作者使用分子对接和模拟的方法从结构上和能量上验证了TAB2第673位半胱氨酸是其锌指结构四个半胱氨酸中最有利于被甲基化的残基。作者还发现NleE主要通过识别TAB3 N端的一段序列实现对底物的有效识别。

   鉴于锌指结构在真核生物中广泛存在，这一研究还进一步检测了大约50种锌指,结果发现NleE能够甲基化ZRANB3蛋白锌指中的第630位半胱氨酸，其修饰效率和NleE对TAB2/TAB3的修饰相当。此前的研究提示细胞内的ZRANB3是通过其锌指结构结合PCNA蛋白上的泛素链从而被募集到DNA损伤的位点，并参与维持基因组的稳定性。邵峰实验室的研究发现NleE甲基化修饰导致ZRANB3的锌指结构域完全丧失结合泛素链的能力，这也提示一个有趣的问题：肠致病性大肠杆菌感染是否会导致或促进宿主基因组不稳定性？

   这篇文章首次解析了来自病原细菌的半胱氨酸甲基转移酶效应蛋白NleE的结构，并和已知甲基转移酶在结构和功能上进行了详细比较分析，阐明了NleE对底物锌指结构催化的分机制。研究人员还进一步鉴定出了NleE的一个新的底物ZRANB3，并利用NleE作为工具，巧妙地区分和证明了ZRANB3结合泛素链和被募集到DNA损伤位点是两个独立的过程。该文章不仅提供了一个独特的视角来研究和理解甲基转移酶和甲基转移过程，而且也有力证明病原细菌效应蛋白能够为研究真核生物的细胞生物学过程提供有效的工具和手段。

   北京生命科学研究所邵峰实验室姚庆博士、张丽博士为本文共同第一作者；北京生命科学研究所黄牛实验室万小波博士和轮转学生陈静对本文有重要贡献；该论文的其他作者还包括邵峰实验室技术员胡丽燕，北京生命科学研究所质谱中心陈涉博士和技术员丁小军和李琳，美国威斯达研究所的Jayashree Karar、Hongzhuang Peng和Frank J. Rauscher Ⅲ博士，以及北京生命科学研究所黄牛博士；邵峰博士为本文通讯作者。该研究由科技部973项目，北京市政府，国家自然科学基金委员会，中科院先导计划以及美国HHMI资助，在北京生命科学研究所完成。

原文摘要：

Structure and Specificity of the Bacterial Cysteine Methyltransferase Effector NleE Suggests a Novel Substrate in Human DNA Repair Pathway
Enteropathogenic E. coli (EPEC) and related enterobacteria rely on a type III secretion system (T3SS) effector NleE to block host NF-κB signaling. NleE is a first in class, novel S-adenosyl-L-methionine (SAM)-dependent methyltransferase that methylates a zinc-coordinating cysteine in the Npl4-like Zinc Finger (NZF) domains in TAB2/3 adaptors in the NF-κB pathway, but its mechanism of action and other human substrates are unknown. Here we solve crystal structure of NleE-SAM complex, which reveals a methyltransferase fold different from those of known ones. The SAM, cradled snugly at the bottom of a deep and narrow cavity, adopts a unique conformation ready for nucleophilic attack by the methyl acceptor. The substrate NZF domain can be well docked into the cavity, and molecular dynamic simulation indicates that Cys673 in TAB2-NZF is spatially and energetically favorable for attacking the SAM. We further identify a new NleE substrate, ZRANB3, that functions in PCNA binding and remodeling of stalled replication forks at the DNA damage sites. Specific inactivation of the NZF domain in ZRANB3 by NleE offers a unique opportunity to suggest that ZRANB3-NZF domain functions in DNA repair processes other than ZRANB3 recruitment to DNA damage sites. Our analyses suggest a novel and unexpected link between EPEC infection, virulence proteins and genome integrity.

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