粘细菌分子伴侣/引领蛋白样通路的表达调节机制

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目的:分子伴侣/引领蛋白(chaperone/usher, CU)通路是目前为止最普遍最具有代表性的菌毛装配途径,分子伴侣与引领蛋白相互协作组成一种特殊的分泌系统,可以将蛋白分泌至细胞表面。CU通路包括经典型、交替型和远古型三大家族,其中远古型CU通路分布最广。黄色粘球菌中的mcuABCD也即MXAN3885-3882基因簇编码远古型CU通路,其中mcuABC组成操纵子,实验室前期工作已经对mcuABC的结构及作用机制进行了研究,并已筛选鉴定出一个mcuABC的上游调控基因——-MXAN2872。本论文拟筛选粘细菌CU样通路的其他调控基因,并进一步明确MXAN2872的功能特性,这有助于我们发现粘细菌CU样通路调节网络的新组分,为揭示远古型CU通路的调控机制奠定基础,也为阻断细胞表面粘附性致病因子的合成提供新思路。方法:1.通过电穿孔方法将转座子mariner (KmR)随机插入至DK1622/pMP-MXAN3883转录融合菌株中,在含有X-gal的营养缺陷型平板TPM上依据蓝白斑筛选mcuABC上游调控基因,随后定位转座子插入位点。2.通过报告基因和免疫印迹方法明确候选调控基因在野生型菌株中的表达图谱及候选调控基因的缺失对mcuABC表达的影响。3.通过基因敲除及定点突变确定候选调控基因对mcuABC表达以及多细胞发育的影响。4.通过硫酸盐的缺乏探究候选调控基因与硫代谢之间的潜在关系。5.通过定点突变以及紫外-可见吸收光谱分析,进一步分析MXAN2872的生化特性。结果:1.通过转座子随机插入突变筛选出一株,ncuABC表达异常的突变株,免疫印迹结果表明该转座子随机插入突变株中McuA蛋白表达与野生型细胞相比延后,测序明确插入位点为MXAN3487。2.报告基因活性检测表明MXAN3487在野生型DK1622中从发育12h后开始表达,48h表达量最高,随后表达水平开始下降;mcuABC在ΔMXAN3487中的表达与野生型相比,不仅表达时间延后而且表达量明显下降,直到发育至24小时以后才开始有少量的表达。3.通过对ΔMXAN3487敲除菌株表型的观察,发现其多细胞发育进程滞后且子实体形态异常,Western blot结果显示该敲除菌直到发育至72小时才有McuA蛋白表达。4.生物信息学预测MXAN3487氨基酸序列中含有保守的P-环(phosphate binding loop)结构,通过定点突变发现MXAN3487发挥其调控作用需要P-环的存在。5.生物信息学预测MXAN3487编码腺苷酰硫酸激酶,而Western blot结果显示硫酸盐缺乏时DK1622中McuA蛋白的表达没有变化、MXAN3487的表达图谱也基本没有改变。6.对MXAN2872中保守的B类单加氧酶(Baeyer-Villiger monooxygenases, BVMOs)识别基序中的组氨酸进行定点突变,引起子实体发育以及McuA表达的延后。7.将纯化出的MXAN2872重组蛋白进行紫外-可见吸收光谱分析表明MXAN2872蛋白能够结合FAD和NADPH。结论:1.筛选到一个调控粘细菌CU样通路表达及多细胞发育的上游正调控基因MXAN3487.2.保守的P-环结构是MXAN3487发挥调控作用所必需的元件,这提示 MXAN3487很可能编码一种核苷酸结合酶。3.虽然CU通路及MXAN3487的表达并不受硫酸盐缺乏的影响,目前尚不能排除MXAN3487可能参与细胞发育阶段的硫代谢过程。4. MXAN2872很可能是B类单加氧酶的一种,其保守的BVMO-识别基序对于其调控作用的发挥是必不可少的,而Rossmann折叠结构对于其结合FAD的能力是至关重要的。
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