1月28日，中國海洋大學海洋生命學院張玉忠教授團隊與山東大學等組織合作，在Nature Communications線上發表了題為“Structure ofVibriocollagenase VhaC provides insight into the mechanism of bacterial collagenolysis”（弧菌膠原蛋白酶VhaC的結構研究深入揭示細菌酶解膠原蛋白機制）的研究論文。張玉忠教授和山東大學的陳秀蘭教授為該研究的共同通訊作者，山東大學博士研究生王琰和海洋生命學院王鵬副教授為並列第一作者，中國海洋大學為第一作者單位和通訊作者單位。
致病性弧菌是人類和水生動物的常見病原菌，其分泌的膠原蛋白酶與弧菌的發病機制密切相關，已經被確定為重要的致病因數，通過對宿主細胞外基質中膠原組分的降解作用協助其他毒素的擴散。現時弧菌膠原酶識別和降解膠原蛋白的分子機制尚不完全清楚。
海洋致病菌Vibrio harveyiVHJR7膠原酶VhaC是一個多結構域蛋白，由肽酶M9N結構域（啟動結構域）和肽酶M9結構域（肽酶結構域）構成的膠原酶催化模塊以及附屬的PKD-like結構域和PPC結構域組成。本文利用原子力顯微鏡觀察和生化實驗分析揭示了VhaC通過率先降解C端端肽游離出原膠原分子片段，並以切割膠原蛋白肽鏈Gly-X-Y重複三聯體中Y-Gly鍵的管道逐步將原膠原片段水解成小肽和胺基酸的降解模式。在此基礎上，利用小角度射線散射研究了VhaC全酶在溶液中的整體構象和域間排列並解析了VhaC催化模塊的馬鞍狀晶體結構。通過生化實驗和分子動力學類比，闡明了VhaC催化模塊利用啟動結構域識別結合膠原三螺旋，隨後通過構象閉合運動使底物靠近肽酶結構域催化中心並完成催化水解的過程和分子機制。本研究提出了M9A亞家族弧菌膠原酶VhaC對膠原蛋白的降解機制模型，有助於更好地理解弧菌膠原酶的致病性作用，為以弧菌膠原酶作為藥物靶點設計新型抗弧菌感染藥物提供了資訊。
圖1弧菌膠原酶VhaC降解膠原蛋白的過程與機制示意圖
張玉忠教授領銜的研究團隊長期從事海洋微生物學與微生物海洋學研究，近年來在海洋微生物驅動的碳、氮、硫元素迴圈領域取得了系列研究成果。本次在Nature Communications上發表的研究成果是該團隊在海洋微生學、海洋微生物酶學研究領域取得的又一重要研究進展。
該論文由中國海洋大學、山東大學、青島海洋科學與科技試點國家實驗室、中國極地研究中心等組織的相關學者合作完成。研究工作得到了科技部重點研發計畫、國家自然科學基金專案、山東省重大科技創新工程、泰山學者攀登計畫等項目的資助。
文章連結：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28264-1