定义疏水相互作用，驱动能力刺激肽（CSP）-ComD结合肺炎链球菌

群体感应（QS）是一种细胞 - 细胞通讯机制，使细菌能够在达到高细胞数时评估其种群密度并改变其行为。许多细菌病原体利用QS引发对其宿主的攻击，因此QS作为潜在的抗病毒替代传统抗生素而引起了极大的关注。肺炎链球菌一种臭名昭着的人类病原体，负责各种急性和慢性感染，利用能力调节子及其相关的信号肽，能力刺激肽（CSP），获得抗生素抗性并建立感染。在这项工作中，我们试图通过在肽内引入高度保守的点突变来定义ComD1受体内的结合口袋，用于结合CSP1中的疏水性侧链残基。这些结合相互作用的优化可导致高效的基于CSP的QS调节剂的开发，而在CSP序列内包含非天然氨基酸将赋予对蛋白酶降解的抗性，这是候选药物的要求。

关键词： 结合面; 能力刺激肽（CSP）; 蛋白质 - 肽相互作用; 群体感应; 肺炎链球菌 ; 结构 - 活动关系（SAR）

群体感应（QS）是细菌通过检测可扩散信号分子来评估其种群密度的细胞密度机制，使细菌物种能够同步其行为，并在高细胞数量下作为多细胞生物发挥作用，实现转化。需要全人口的努力[1,2]。许多共生和致病表型受QS调节，包括生物发光，根瘤，孢子形成，蜂群形成，生物膜形成，毒力因子产生和能力[3-5]。因此，QS作为控制细菌行为的手段（即，在减少有害性状的同时促进生产过程）引起了极大的关注。大量的工作，以期对革兰阴性细菌种类，包括了众多开发基于小分子的QS调节绿脓杆菌，费氏弧菌，哈维氏弧菌，霍乱弧菌，和鲍曼不动杆菌已进行[6-10] 。相反，除了金黄色葡萄球菌 中的辅助基因调节因子（agr）QS电路[11-16]革兰氏阳性QS系统在文献中的代表性不足。为了解决这个问题，我们的研究小组一直在积极研究几种革兰氏阳性QS回路的分子机制，包括粪肠球菌 [17]，溶血性链球菌亚种（Streptococcus gallolyticus subsp。）。gallolyticus [18]，肺炎链球菌 [19]和植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）。这些电路通常以肽信号为中心，而不是小分子，并且是开发基于肽的疗法的富有成效的基础。

肺炎链球菌是一种机会性人类病原体，其导致各种急性和慢性感染，包括肺炎，菌血症，败血症，脑膜炎和中耳炎，导致美国每年超过22,000人死亡和直接医疗费用总计35亿美元独自[20,21]。肺炎链球菌的QS电路，称为能力调节剂，以能力刺激肽为中心（CSP，图1）。肺炎链球菌利用调节子成为能力并从环境中获得抗生素抗性，通过毒力因子产生引发对人类宿主的攻击，并通过形成生物膜保护自身免受环境影响[22-27]。因此，肺炎链球菌的能力调节因子是致病性的主要调节因子，因此是减轻肺炎链球菌感染的潜在靶标。根据它们产生的CSP信号（CSP1和CSP2，图1）及其同源受体（分别为ComD1和ComD2），肺炎链球菌菌株可分为两个主要特异性组，两组之间的串扰最小[28] ]。两个CSP信号具有约50％的同源性，主要区别在于肽中心区域的疏水残基，表明这些残基参与受体结合和特异性[29]。

此前，杨等人。对CSP1支架进行了系统的结构 - 活性关系（SAR）分析，发现4,7,8,11,12和13位的疏水残基与Arg3一起对ComD1结合很重要[19]。此外，约翰斯堡等人提出了这些位置中的三个，即7,7和8。赋予ComD受体之间的特异性[29]。因此，在这项工作中，我们的目的是定义ComD1受体内的疏水性口袋，其被位置4,7,8,11,12和13中的疏水性残基占据，作为增强CSP1和ComD1之间的结合相互作用的手段。为此，我们使用蛋白质和非蛋白质氨基酸在这些位置利用高度保守的突变，并评估这些突变对受体结合和特异性的影响。我们的分析显示，位置4,7,8和11比位置12和13更耐变形。此外，从我们的分析中可以看出，侧链残基不占据100％的结合口袋，因此这些口袋可以与截短的侧链或引入静电效应的那些相比，可以容纳更好的细长侧链残基。最后，我们的结果进一步将螺旋性与生物活性相关联。结合起来，该研究的结果可用于设计新的基于CSP的QS调节剂，其具有改善的药理学性质，可用于体内研究QS。