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重大发现!中科院微生物所钱韦团队等揭示细菌控制转变生活方式的新机制

来 源:iNature
发布时间:2019-08-18

双组分信号系统(TCS)是几乎所有细菌用于监测和适应性响应环境线索的主要分子机器之一。原型TCS由膜结合的组氨酸激酶(HK)和细胞溶质反应调节剂(RR)组成。在检测到刺激后,HK在其二聚化和组氨酸磷酸转移(DHp)结构域内自身磷酸化不变的组氨酸残基,然后催化磷酸基团转移到同源RR的接收者(REC)结构域内的保守天冬氨酸。然后,激活的RR通过控制基因转录或细胞行为来调节细菌适应。环状di-GMP(c-di-GMP)是一种普遍存在的第二信使,参与调节细菌生理。这种信号化学物质与核糖开关或蛋白质作为效应物相互作用,以控制多种过程,如毒力,生物膜形成,运动性,细胞分裂和群体感应。TCS广泛参与c-di-GMP信号传导,因为大约6%的细菌RR编码三种控制c-di-GMP周转的蛋白质模块。然而,c-di-GMP如何调节HKs和RR之间的特异性,并且该信号传导串扰的生物学意义仍未解决。

2019年8月13日,中科院微生物研究所钱韦团队在PLoS Pathogens 上在线发表题为 “Cyclic-di-GMP binds histidinekinase RavS to control RavS-RavR phosphotransfer and regulates the bacteriallifestyle transition between virulence and swimming” 的文章,发现了一种细菌控制生活方式转变的生物化学新机制。

研究人员发现,植物病原细菌-野油菜黄单胞菌细胞内一个名为 RavS 的受体在控制细菌生存方式转变中发挥着重要作用:RavS 是一种组氨酸激酶,当其处于高磷酸化水平时,它控制细菌游动,但抑制细菌的毒力;但当 RavS 处于低磷酸化水平时,它虽然对毒力没有控制作用,但却抑制细菌的游动性。因此,当细菌需要从自由生存状态向毒性状态转变时,RavS 的磷酸化水平必须下降到较低水平。

研究发现,这一下降过程是由细菌细胞内第二信使分子 c-di-GMP(环二鸟苷单磷酸)严格控制的:c-di-GMP 直接接合到 RavS 的 ATP 酶区,显著增强了它的磷酸转移酶活性。在将磷酸基团 “甩”给下游反应调节蛋白 RavR 以后,RavS 的磷酸化水平自然回归到较低水平,从而解除对细菌毒力因子表达的抑制作用。因此,c-di-GMP 信号分子与受体 RavS 的相互作用是调控细菌自由生活向毒性转变的关键环节。

c-di-GMP是一种多功能细菌第二信使,可控制各种生理过程。核苷酸衍生物在调节过程中与核糖开关或蛋白质结合作为效应物。该研究发现c-di-GMP与植物病原细菌的组氨酸激酶RavS物理结合,显着增强RavS的磷酸转移酶活性以磷酸化反应调节剂RavR。该过程紧密调节RavS的磷酸化水平,这对于细菌在毒力和游动运动之间的生活方式转变是重要的。因此,研究结果表明,c-di-GMP控制细菌双组分信号传导,这是细菌细胞适应各种环境刺激的主要机制之一。

原文链接:

https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1007952

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