利用結構生物學與蛋白質體學探討光桿菌 PirApl 與 PirApl殺蟲毒素之細胞毒殺機制

光桿菌昆蟲相關毒素 A 與 B (Photorhabdus insect-related toxins A and B, PirA and PirB) 最初是在昆蟲病原菌光桿菌 (Photorhabdus luminescens) 中被發現。PirA/PirB 具有可以毒殺大蠟蛾 (Galleria mellonella)，埃及斑蚊 (Aedes aegypti)、白線斑蚊 (Aedes albopictus) 幼蟲之活性。此外，雖然有著遺傳距離 (genetic distance)，PirA 與 PirB 的同源基因亦存在於其他細菌，如：非共生光桿菌 (Photorhabdus asymbiotica) 與杜氏致病桿菌 (Xenorhabdus doucetiae)，以及蝦類病原體副溶血弧菌 (Vibrio parahaemolyticus)。雖然光桿菌的 PirA/PirB 已被確認是一種能有效殺蟲的二元毒性蛋白質 (binary toxin)，然而其對昆蟲細胞的毒殺機制至今尚未明瞭。在本研究團隊先前的研究中，已成功解析出第一個 PirA 與 PirB 毒素家族的晶體結構：副溶血弧菌的 PirAvp 與 PirBvp。根據結構分析指出，PirAvp/PirBvp 毒素與蘇雲金芽孢桿菌 (Bacillus thuringiensis) 的 Cry 毒素 (一類具有三個功能區塊、可於細胞上形成孔洞的毒素) 相關。基於蛋白質結構上的相似性，我們推測 PirAvp/PirBvp 可能採用與 Cry 毒素相似的機制，包括：與醣類/受體的結合、毒素分子的聚合並於細胞膜上形成孔洞，進而引發細胞死亡。然而，此一假說仍待驗證。在本計畫中，我們結合結構生物學與蛋白質體學之方法，將過去所累積之經驗，拓展至對光桿菌 PirA/PirB 毒素 (之後特別以 PirApl/PirBpl 標示) 的探討，除了鑑定 PirApl、PirBpl 與 PirApl/PirBpl 複合體之晶體結構外，我們亦將篩選並鑑定 PirApl/PirBpl 在昆蟲細胞上的受體以及可與 PirApl 結合之醣類分子。最後，也將以昆蟲細胞進行細胞毒性測試，驗證所獲得之結果。透過此計畫所獲得之成果，除能增進我們對此毒素家族之瞭解，亦將有助於評估此類毒素作為新型生物殺蟲劑之可能性。