硝化应激条件下霉菌亚硝基谷胱甘肽还原酶和硫氧还蛋白的解毒功能研究

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免疫细胞中一氧化氮合成酶(NOS)催化精氨酸生成的NO,是一种重要免疫杀菌物质,会对微生物的DNA、蛋白质和细胞膜造成损伤。由于NO极不稳定,易与胞内的谷胱甘肽(GSH)通过共价结合形成亚硝基谷胱甘肽(GSNO),进而GSNO通过转移NO至蛋白质的巯基,引起蛋白质亚硝基化(硝化压力),从而影响了蛋白质的生理功能。因此NO对细胞的毒性部分源于GSNO。在抵抗宿主的免疫杀伤过程中,微生物利用亚硝基谷胱甘肽还原酶(GSNOR)分解GSNO实现解毒。目前已经在多种细菌、酵母中证实了GSNOR的GSNO解毒功能,但在霉菌中尚无有关报道。我们发现构巢曲霉中也具有GSNOR-like基因,但前期研究显示敲除GSNOR-like基因并未影响菌体的GSNO耐受性,显示了霉菌体内GSNO解毒过程的特殊性。本研究通过如下实验,首次发现了霉菌体内真正的GSNO解毒酶为硫氧化蛋白(Trx),并初步探究了Trx介导的GSNO解毒原理。本研究既丰富了微生物NO抗性机制,又为新型抗菌药物靶点的设计和相关疾病治疗提供了理论基础。  1.证实了霉菌GSNOR-like基因编码的蛋白为GSNOR。我们首先克隆表达了该基因,发现该重组蛋白具有明显的GSNO分解活性,证实了GSNO是该酶最适底物,并对该酶的酶学性质和动力学参数进行了详尽的研究,确定该重组蛋白为GSNOR。最后通过定点突变确定了GSNOR中与底物结合位点及催化活性相关氨基酸残基。  2.初步揭示了Trx在霉菌解毒GSNO过程中的重要作用。与其他微生物不同,我们发现霉菌体内GSNOR基因的表达不受GSNO诱导,该基因的敲除并不影响菌株GSNO耐受性,表明在霉菌中GSNOR不发挥GSNO的解毒作用。由于Trx能够在哺乳细胞中介导亚硝基化蛋白质(protein-SNO)的脱亚硝基反应,我们推测Trx可能兼具GSNO的脱亚硝基作用。我们首先克隆表达了霉菌的Trx,测得该重组蛋白具有分解GSNO的活性,同时发现Trx基因表达水平受GSNO的调控,该基因的敲除株对GSNO高度敏感。首次揭示了Trx主导了霉菌体内GSNO的代谢。  3.创建了一种基于GSNOR酶的GSNO检测方法。GSNO参与着多种生理、病理过程,因此对生物样品中GSNO的检测十份必要。GSNO易分解,目前主要依靠液相色谱的检测方法,由于操作繁琐,无法准确定量。需要建立一种简便、省时、可靠的检测手段。我们的实验证实了曲霉GSNOR分解GSNO的反应中,辅酶NADH与底物GSNO的化学计量关系是1∶1,根据这个比例关系,我们建立一种基于反应中NADH的消耗量来测定样品中GSNO浓度的快速、简单、可靠的检测方法。
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