在与宿主的共同进化军备竞赛中，病原体已进化出了一系列蛋白。这对于对农业和林业造成重大损害的疫霉菌（Phytophthora）来说尤其如此。作为疫霉菌中的一个广为人所知的物种，马铃薯晚疫病菌（Phytophthora infestans）在爱尔兰马铃薯饥荒期间导致了毁灭性的晚疫病大流行。每个疫霉菌物种都编码了数百种效应蛋白，这些效应蛋白在操纵宿主细胞过程和促进疾病发展方面发挥了重要作用。
之前的一项研究已表明疫霉菌的PSR2（Phytophthora suppressor of RNA silencing 2）蛋白表现出一种保守的模块折叠，这有助于其毒力。PSR2中的(L)WY基序形成不同的结构，从而影响效应蛋白的表面残基，并可能影响它们与植物分子的相互作用能力。这就提出了这样的问题：这些重复模块是否在效应蛋白中发挥特定功能，帮助它们逃避植物免疫防御并促进它们的进化。
在一项新的研究中，来自中国科学院生物物理研究所的研究人员和他们的合作者发现了许多来自疫霉菌的效应蛋白，这些效应蛋白具有一种保守的PP2A相互作用模块，能够模拟PP2A的调节亚基来劫持PP2A核心酶。相关研究结果于2023年6月26日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Discovery of deaminase functions by structure-based protein clustering”。
为了研究(L)WY单元在毒力和效应蛋白进化中的作用，这些作者以大豆病原体---大豆疫霉菌（Phytophthora sojae）---的PSR2效应蛋白为研究模型。他们发现PSR2与宿主植物中的蛋白磷酸酶2A（protein phosphatase 2A, PP2A）相互作用，对PP2A的磷酸化功能进行修饰以促进疾病。
通过晶体结构分析和生化实验，这些作者发现PSR2内有一个特定的LWY2-LWY3组合，被称为PP2A相互作用模块，该模块竞争PP2A核心酶的招募。通过序列比对和结构比较，他们观察到在已确定的WY1-(LWY)n效应蛋白中，对应于PP2A相互作用模块的氨基酸区域具有高度的结构和序列保守性。
此外，这些作者选择了15种高度保守的效应蛋白进行筛选，并证实其中的12种也在宿主细胞中劫持了PP2A核心酶。
为了验证这些发现，他们重点研究了其中的一种蛋白：PITG_15142，并获得了它的晶体结构。结构分析和体外生化实验证实了PP2A相互作用模块的保守性。
这项新的研究表明，(L)WY串联重复序列在疫霉菌的效应蛋白中作为功能模块起作用，特定的(L)WY-LWY组合能够劫持宿主PP2A核心酶，多种效应蛋白采用该模块来劫持宿主PP2A核心酶。该研究提供了第一个证据，表明病原体的效应蛋白库中如何产生功能多样性和新的毒力活动，并揭示了蛋白模块化如何促进这种效应蛋白库中的多样性。
参考资料：
1. Hui Li et al. Pathogen protein modularity enables elaborate mimicry of a host phosphatase. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.05.049.
2. Pathogen protein modularity enables elaborate mimicry of host phosphatase
https://phys.org/news/2023-06-pathogen-protein-modularity-enables-elaborate.html
