含LisH结构域蛋白和组蛋白乙酰转移酶Gcn5在白念珠菌菌丝发育中的功能研究

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白念珠菌是人类一种常见的机会性致病真菌,能够以多种形态存在于人体内。其转换能力对于白念珠菌引起侵袭性感染至关重要。白念珠菌能够在酵母和菌丝两种形态之间进行转换。在酵母菌丝形态转换和菌丝发育过程中,菌丝特异性基因的表达受到多重调控,包括转录因子、组蛋白修饰复合物和染色质重塑复合物等的调控。  第一部分工作,我们分析了白念珠菌含LisH结构域蛋白在菌丝发育过程中的功能。LisH结构域是一个保守的二聚体基序,在细胞极性生长相关基因中广泛存在。生物信息学表明,白念珠菌基因组中存在5个含LisH结构域的蛋白,即Flo8、Mss11、Orf19.536、Orf19.132和Orf19.6255。我们实验室先前已经报道Flo8和Mss11能够作为转录调控因子在菌丝发育过程中发挥重要作用。在本论文中,我们鉴定了另外3个含LisH结构域的蛋白,即Orf19.536(CaTaf5)、Orf19.132(CaSif2)和Orf19.6255。我们的结果证明在菌丝发育过程中Taf5能够作为一个正调控因子而Sif2则作为一个负调控因子发挥功能,而且各自的LisH结构域介导了两者的正负调控功能。Taf5本身是白念珠菌生长所必需的,基因敲除致死。缺失LisH结构域的Taf5突变并不导致白念珠菌死亡,而是阻碍菌丝发育。Taf5在细胞内的定位方式与细胞生长状态直接相关而与形态转换关系不大。在静止态细胞中GFP-Taf5位于细胞核内,而在营养生长过程中GFP-Taf5则位于细胞质中。Sif2并非白念珠菌生长所必需,而是在生理温度(37℃)下抑制菌丝生长所必需。SIF2基因的敲除导致白念珠菌在37℃时形成大量菌丝。这种菌丝形成无需血清诱导。Sif2对菌丝生长的抑制功能由LisH结构域介导,因为缺失LisH结构域的Sif2丧失了其抑制功能。Sif2在细胞内的定位受细胞生长状态和菌丝发育双重调控。在静止态酵母细胞中,GFP-Sif2主要定位于细胞核,少量定位于细胞质中。在生长态酵母细胞中,GFP-Sif2主要定位于细胞质中。在菌丝发育过程中,GFP-Sif2主要位于顶端菌丝细胞的顶端和亚顶端菌丝细胞的细胞核中。Orf19.6255在菌丝发育中的功能尚未检测到。该基因的敲除既不影响细胞生长,也不影响菌丝发育。在酵母态细胞中,GFP-Orf19.6255都定位于细胞质中。而在菌丝发育过程中,GFP-Orf19.6255在菌丝顶端聚集。  第二部分工作,由于Taf5是白念珠菌组蛋白乙酰转移酶SAGA复合物的结构亚基,而Gcn5才是SAGA的催化亚基,所以我们分析了Gcn5在菌丝发育过程中的功能。结果表明Gcn5在白念珠菌的侵入生长和丝状生长中有重要作用。GCN5基因的敲除导致白念珠菌菌丝延伸受阻。同时,在小鼠系统感染试验中gcn5缺失株无毒性。在压力应答试验中,gcn5缺失株对细胞壁压力试剂敏感。结构域预测分析表明Gcn5含有核定位序列NLS、HAT结构域和Bromo结构域。实验结果证明HAT结构域和Bromo结构域在形态发生和细胞壁压力应答等过程中发挥了不同功能。同时我们确认Glu188是Gcn5的HAT活性位点并在丝状生长中起重要作用。我们利用外源表达的GFP-Gcn5融合蛋白分析了Gcn5的亚细胞定位。Gcn5在细胞内的定位与白念珠菌的生长状态直接相关,而与细胞形态关系不大。在静止期细胞中GFP-Gcn5都聚集于细胞核中;而在生长期细胞中GFP-Gcn5则定位于细胞质中。进一步分析表明Gcn5的细胞核定位依赖于其N端NLS和HAT结构域的存在。  第三部分工作,我们探索了Gcn5与其它相关因子在白念珠菌菌丝发育过程中的调控关系。利用免疫共沉淀实验证明Gcn5与同属于SAGA复合物的亚基Taf5存在相互作用。这种相互作用在酵母态细胞和菌丝态细胞中都存在。同时证明Flo8能与Gcn5相互作用。有趣的是,与Flo8相互作用的是分子量较大的Gcn5而非正常的Gcn5分子,这可能与Gcn5的翻译后修饰有关。遗传学上位表达分析证明,在血清诱导条件下外源表达的Flo8能够部分回复gcn5缺失株的菌丝缺陷表型,而过表达的GCN5则不能回复flo8缺失株的缺陷表型,说明Flo8遗传学作用于Gcn5的下游。组蛋白去乙酰化酶复合物Set3C在菌丝发育中的功能与Gcn5相反。Set3C复合物的结构亚基Set3的缺失会激活菌丝的形成,Set3的功能与Se3C复合物另一结构亚基Sif2的功能一致。预测分析表明Set3C复合物存在两个核心的组蛋白去乙酰化酶Hos2和Hst1。我们分析了GFP-Hst1在细胞内的定位。Hst1的定位也呈动态变化。在静止态细胞中GFP-Hst1位于细胞核内,在生长过程中GFP-Hst1则主要定位于细胞质中。  第四部分工作,我们建立了一整套白念珠菌基因操作分子工具箱,包括基因敲除系统、N端或者C端加标签融合蛋白表达系统、Dox诱导型表达系统和异位外源过表达系统。运用此系统,我们对白念珠菌唯一一个14-3-3蛋白Bmh1进行了功能分析。基因敲除试验证明BMH1是一个生长必需基因。过表达BMH1能激活菌丝形成。这种激活作用能绕过Efg1,Cph1和Tec1的需求,而需要Flo8的存在。通过用各种多肽替换C端区域的试验我们进一步证明了Bmh1在细胞生长中的功能作用依赖于其N端的14-3-3 superfamily结构域。
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