2023年7月13日，nature communications在線發(fā)表了一篇題為“structural journey of an insecticidal protein against western corn rootworm”的研究論文。作者鑒定了一種對(duì) wcr 有活性的殺蟲蛋白 mpf2ba1，并對(duì)非 bt 生物體的 pfp 進(jìn)行了全面的結(jié)構(gòu)功能表征，揭示了孔形成的關(guān)鍵分子機(jī)制。
成孔蛋白 (pfp) 是一類主要的可溶性蛋白，它們寡聚成環(huán)并發(fā)生巨大的不可逆構(gòu)象變化，成為跨膜組裝體并突破靶細(xì)胞膜。由此產(chǎn)生的孔隙中不受控制的離子流入/流出會(huì)造成嚴(yán)重的滲透失衡和毒性，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。
蘇云金芽孢桿菌(bt) 的 pfp 一直是轉(zhuǎn)基因抗蟲作物的基礎(chǔ)，近三十年被全球種植者使用。pfp提供的抗蟲性十分有效，并且具有環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。影響北美和歐洲玉米生產(chǎn)并導(dǎo)致重大產(chǎn)量損失的特別具有破壞性的害蟲之一是鞘翅目的西部玉米根蟲（wcr；diabrotica virgifera virgifera）。自21世紀(jì)初以來，表達(dá)cry3類bt蛋白（mcry3aa、cry3bb1和ecry3.1ab）的轉(zhuǎn)基因玉米作物使得這種害蟲在北美得到了有效控制。然而，由于wcr在田間種群中產(chǎn)生抗性，這些蛋白遇到了藥效降低的情況。由于有用的bt衍生殺蟲蛋白的發(fā)現(xiàn)愈加困難，當(dāng)務(wù)之急是從非bt生物中尋找具有高活性和新作用模式/位點(diǎn)的新型蛋白。
nature communications發(fā)表的那篇文章，作者首先通過wcr 幼蟲的人工飼料生物活性篩選，并通過多步純化過程從蒙氏假單胞菌中分離得到mpf2ba1。mpf2ba1 是一種 53.2 kda 的蛋白質(zhì)，表現(xiàn)出對(duì)wcr較好的殺蟲效果。緊接著作者解析了 mpf2ba1 x 射線結(jié)構(gòu)，并展示了 n 末端殘基如何抑制可溶形式單體的締合。
然后，作者證明了腸液存在下的蛋白水解作用會(huì)激活單體自組裝成前孔，并通過冷凍電鏡以 3.1 ? 分辨率重建了前孔。單體和前孔亞基之間微妙但顯著的變化揭示了與靶標(biāo)識(shí)別和激活/寡聚化相關(guān)的分子機(jī)制。熱誘導(dǎo)的前孔向孔的轉(zhuǎn)變使我們能夠以 2.6 ? 分辨率解析 21 聚體孔冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，顯示孔亞基的顯著構(gòu)象變化及其 hth 介導(dǎo)的亞基間穩(wěn)定性。
綜上，作者鑒定并表征了非 bt 殺蟲蛋白 mpf2ba1，并解析了其如何通過在中腸膜上形成孔來有效殺死毀滅性玉米害蟲 wcr 的分子機(jī)制，該孔的結(jié)合位點(diǎn)與目前商業(yè)轉(zhuǎn)基因玉米雜交種中使用的殺蟲蛋白不同。以受 mpf2ba1 保護(hù)的玉米為食的 wcr 幼蟲攝入由植物根組織表達(dá)的 mpf2ba1 單體。可溶性單體到達(dá)幼蟲中腸，并在與靶細(xì)胞上尚未識(shí)別的受體 (rc) 結(jié)合之前/同時(shí)被腸道蛋白酶激活，并寡聚成前孔。前孔轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡娴目缒た?，使離子流不受控制地穿過質(zhì)膜，破壞細(xì)胞功能并導(dǎo)致幼蟲餓死。