耐辐射奇球菌dps突变株的构建和蛋白功能初步研究

Dps(DNAprotection during starvation)蛋白是原核生物中特有的一类具有铁离子结合和抗氧化损伤功能的重要蛋白。利用体外PCR扩增技术和体内同源重组方法,获得了耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)dps全基因(DRB0092)缺失突变株。对突变株和野生型分别进行不同浓度过氧化氢(H2O2)处理,结果表明:与野生型菌株R1相比,dps突变株在低浓度H2O2(≤10mmol/L)条件下存活率急剧下降,而高浓度(≥30mmol/L)下则完全致死。Native-PAGE活性染色结果显示,稳定生长期dps突变株体内两种过氧化氢酶(KatA和KatB)的活性较野生型R1分别上调2.3倍和2.6倍。通过质粒构建和大肠杆菌诱导表达,获得可溶性Dps蛋白。体外结合和DNA保护实验结果显示:Dps具有明显的DNA结合功能,并能保护质粒DNA免受羟自由基攻击。本研究证明,Dps蛋白在耐辐射奇球菌抗氧化体系中发挥重要作用,可能对该菌极端抗性机制有重要贡献。     

耐辐射奇球菌crtI基因缺失突变株的构建及其功能研究

利用PCR方法和体内同源重组技术,对耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)中控制色素合成的关键基因———crtI进行缺失突变,成功获得红色色素缺失突变株M61。对突变株分别进行不同剂量电离辐射(IR)和不同浓度过氧化氢(H2O2)处理,结果表明:与野生型菌株R1相比,突变株M61对电离辐射的抗性降低;对过氧化氢的敏感性明显上升,在高浓度H2O2条件下表现异常敏感。HPLC分析结果显示,crtI基因的完全缺失对色素合成途径产生重要影响,导致番茄红素和其他红色类胡萝卜素的合成被抑制。证明crtI基因是耐辐射奇球菌中控制红色类胡萝卜素合成的一个关键基因。为阐明耐辐射奇球菌中类胡萝卜素参与的抗辐射和抗氧化机制奠定了一定基础,为进一步研究类胡萝卜素在耐辐射奇球菌中的合成途径及功能提供了思路。     

耐辐射奇球菌crtⅠ基因缺失突变株的构建及其功能研究

利用PCR方法和体内同源重组技术,对耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)中控制色素合成的关键基因--crtⅠ进行缺失突变,成功获得红色色素缺失突变株M61.对突变株分别进行不同剂量电离辐射(IR)和不同浓度过氧化氢(H2O2)处理,结果表明与野生型菌株R1相比,突变株M61对电离辐射的抗性降低;对过氧化氢的敏感性明显上升,在高浓度H2O2条件下表现异常敏感.HPLC分析结果显示,crtⅠ基因的完全缺失对色素合成途径产生重要影响,导致番茄红素和其他红色类胡萝卜素的合成被抑制.证明crtⅠ基因是耐辐射奇球菌中控制红色类胡萝卜素合成的一个关键基因.为阐明耐辐射奇球菌中类胡萝卜素参与的抗辐射和抗氧化机制奠定了一定基础,为进一步研究类胡萝卜素在耐辐射奇球菌中的合成途径及功能提供了思路.     

耐辐射奇球菌pprM基因增强大肠杆菌氧化抗性的研究

目的:探讨耐辐射奇球菌ppr M基因对大肠杆菌氧化抗性的影响。方法:氯化钙法转化分别构建含pGEX-6p-1-pprM质粒的大肠杆菌DH5α。测定不同浓度过氧化氢对含pGEX-6p-1-pprM、pGEX-6p-1和野生型大肠杆菌DH5α活性的影响以及菌体内SOD/GSH/CAT水平的变化。结果:与空质粒组和野生型组相比,含pprM的大肠杆菌在同浓度过氧化性情况下,其抑菌圈明显缩小,差异有统计学意义。与空质粒组和野生型组相比,含pprM的大肠杆菌体内CAT活力、SOD活性明显提高,但GSH量并没有明显提高。结论:pprM基因能够提高大肠杆菌抗氧化能力,其机制可能与pprM基因增强细菌体内抗氧化酶的活性有关。     

耐辐射球菌recQ双突变株的构建及逆境分析

RecQ解螺旋酶是生物有机体在进化中高度保守的SF1超级家族解螺旋酶的一个亚族,它对维持基因组的稳定性有重要的作用。耐辐射球菌野生型菌株R1有两个具有特殊结构的解螺旋酶DR1289和DR2444,运用PCR突变法克隆具有自身groEL启动子、KAT启动子与卡那霉素抗性基因、氯霉素抗性基因融合的DNA片段反向重组到基因组中,首次构建并鉴定了卡那霉素抗性完全突变株ΔDR1289,氯霉素抗性完全突变株ΔDR2444,双突变株ΔrecQ。辐射条件下和H2O2氧化压力下突变株生存率结果表明:ΔDR2444与R1存活率趋势线基本一致,而ΔDR1289和ΔrecQ双突变株较为敏感。根据上述结果推测,DR1289是一个对R1保持极端抗性的必须基因,而DR2444则是极端抗性的非必须基因。     

耐辐射奇球菌铁结合蛋白DRA0258的抗氧化功能

【目的】通过对极端环境耐受的耐辐射奇球菌Deinococcus radiodurans R1全基因组进行序列比对分析,获得具有铁储备蛋白Ferritin类似功能基序的未知功能蛋白DRA0258,采用分子生物学技术对该蛋白的功能和性质进行了验证和分析。【方法】首先对DRA0258进行克隆表达和纯化,并经络合物显色法测定蛋白上铁结合含量;通过三段连接敲除法构建dra0258突变株,检测突变株在双氧水协迫下的生存率、总抗氧化活性及过氧化氢酶活性;利用实时定量PCR检测突变株内抗氧化酶类及铁转运相关性调控蛋白的基因转录水平。【结果】经体内外蛋白铁含量检测证实DRA0258具有一定的铁结合能力;双氧水生存率实验表明dra0258的缺失导致细胞的抗氧化能力显著下降;过氧化氢酶活性、总抗氧化活性检测及抗氧化酶类的基因转录水平检测证实dra0258基因的缺失导致细胞内一些抗氧化基因转录水平下调,细胞的抗氧化应激系统受到损伤,并影响了一些铁调控网络蛋白的基因转录水平。【结论】本研究证实DRA0258是一种铁结合蛋白,该编码基因的缺失影响胞内铁转运系统并使细胞抗氧化能力下调。     

耐辐射奇球菌基因组DNA表达文库的构建与鉴定

目的:构建耐辐射奇球茵(Dcinoeoccus radiodurans R1)基因组DNA表达文库,为进一步研究耐辐射奇球茵高抗辐射的调控网络奠定基础.方法:提取耐辐射奇球菌基因组DNA,用Sau3AI酶将基因组DNA部分酶切成0.5-5 kb大小的片段,用T4DNA连接酶将部分酶切片段与经BamH I和碱性磷酸酶(CIAP)处理的pGADT7栽体进行连接后电击转化大肠杆菌DH5a.结果:得到重组子数为2.2×104,扩增后的文库滴度为108 cfu/mL.结论:构建了耐辐射奇球菌基因组pGADT7表达文库,为进一步筛选与高抗辐射相关基因产物的互作蛋白奠定了基础.     

耐辐射奇球菌辐射损伤修复机制的研究进展

耐辐射奇球菌是迄今为止发现的对辐射抗性最强的原核生物,是研究DNA损伤与修复的模式生物.耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans,DR)对于电离辐射、紫外线、干燥、H2O2以及其他一些DNA损伤剂均表现出极强的抵抗能力,对于这种超强抗性的具体机制,学界至今尚未形成定论.对DR DNA损伤修复机制的解释包括切除修复和重组修复.本文就耐辐射奇球菌DNA辐射损伤后修复机制的研究进展作一综述.     

耐辐射奇球菌代谢产物中的化学成分

通过甲醇提取、硅胶柱色谱、重结晶分离纯化,从耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)代谢产物中分离得到五个化合物,根据光谱数据鉴定为:腺嘌呤(1),胸腺嘧啶(2),尿嘧啶(3),腺苷(4)和L-丙氨酸(5)。所有成分均为首次从该细菌的代谢产物中得到。     

耐辐射奇球菌中PprI蛋白的单分子动态作用机制

【背景】在日益严重的环境污染中,越来越多的生物受到核辐射、化学污染、生物污染等危害,严重影响到生态系统的平衡,而耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans）具有强大的DNA修复能力,使它能在各种极端环境下生存。PprI蛋白作为D. radiodurans中DNA损伤修复过程的开关,异源表达后可以显著提高其他真核和原核生物在极端环境下的生存率。目前对PprI蛋白的研究大多局限于传统生化手段,在活细胞内实时动态观测单个PprI蛋白的反应过程仍然相对滞后。【目的】探究DNA损伤前后PprI蛋白在单分子水平的动态变化,从单分子角度精准揭示PprI蛋白在DNA损伤修复中的关键作用,为研究耐辐射奇球菌DNA修复机制奠定理论基础。【方法】利用光转换荧光蛋白mMaple3原位标记的PprI蛋白,通过基于全内反射荧光（total internal reflection fluorescent,TIRF）显微成像的单分子示踪光激活定位显微镜（single-particle tracking photoactivated localization microscopy,sptPALM）技术,持续激活低密度的mMaple3荧光蛋白,实现活细胞内PprI蛋白的单分子定位与示踪,明确PprI蛋白在DNA损伤前后的分子动力学特征。【结果】通过对PprI蛋白表观扩散系数分布的拟合,将其分为3种运动状态,即固定态（D*=0.07μm²/s）、缓慢扩散态（D*=0.21μm²/s）和快速扩散态（D*=0.65μm²/s）。发现在DNA受到损伤后的细胞中,PprI蛋白扩散态分子比例显著上升,而其固定态分子比例显著下降。【结论】利用单分子示踪技术精确表征了PprI蛋白在DNA受损后大部分蛋白运动速率偏向快速运动,表面DNA损伤释放了较大比例的结合态PprI蛋白。本研究可以深化PprI介导的DNA损伤修复系统的分子机制模型,也可以为利用单分子技术研究其他DNA修复反应提供技术参考。     

The key residue for SSB-RecO interaction is dispensable for Deinococcus radiodurans DNA repair in vivo

The RecFOR DNA repair pathway is one of the major RecA-dependent recombinatorial repair pathways in bacteria and plays an important role in double-strand breaks repair. RecO, one of the major recombination mediator proteins in the RecFOR pathway, has been shown to assist RecA loading onto single-stranded binding protein （SSB） coated single-stranded DNA （ssDNA）. However, it has not been characterized whether the protein-protein interaction between RecO and SSB contributes to that process in vivo. Here, we identified the residue arginine-121 of Deinococcus radiodurans RecO （drRecO-R121） as the key residue for RecO-SSB interaction. The substitution of drRecO-R121 with alanine greatly abolished the binding of RecO to SSB but not the binding to RecR. Meanwhile, SSB-coated ssDNA annealing activity was also compromised by the mutation of the residue of drRecO. However, the drRecO-R121A strain showed only modest sensitivity to DNA damaging agents. Taking these data together, arginine-121 of drRecO is the key residue for SSB-RecO interaction, which may not play a vital role in the SSB displacement and RecA loading process of RecFOR DNA repair pathway in vivo.     

Chemiluminescence assay for reactive oxygen species scavenging activities and inhibition on oxidative damage of DNA in Deinococcus radiodurans.

Free radical scavenging effects of the cellular protein extracts from two strains of Deinococcus radiodurans and Escherichia coli against O2-, H2O2 and *OH were investigated by chemiluminescence (CL) methods. The cellular protein extracts of D. radiodurans R1 and KD8301 showed higher scavenging effects on O2- than that of E. coli. D. radiodurans R1 and KD8301 also strongly scavenged H2O2 with an EC50 (50% effective concentration) of 0.12 and 0.2 mg/mL, respectively, compared to that of E. coli (EC50 = 3.56 mg/mL). The two strains of D. radiodurans were effective in scavenging *OH generated by the Fenton reaction, with EC50 of 0.059 and 0.1 mg/mL, respectively, compared to that of E. coli (EC50 > 1 mg/mL). Results from the chemiluminescence assay of *OH-induced DNA damage and the plasmid pUC18 DNA double-strand break (DSB) model in vitro showed that D. radiodurans had remarkably inhibitory effect on the *OH-induced oxidative damage of DNA. The scavenging effects of D. radiodurans on reactive oxygen species (ROS) played an important role in the response to oxidation stress and preventing against DNA oxidative damage, and may be attributed to intracellular scavenging proteins, including superoxide dismutase (SOD) and catalase.     

抗辐射菌中DNA损伤修复主要基因群的研究进展

抗辐射红色球菌对电离辐射具有很高的放射线抵抗性,该菌具有惊人的DNA的二条链切断的修复能力,由辐射等引起的切断损伤DNA在几至十几小时内能高效正确地进行完全修复。在对切断的双链DNA进行修复时,除了大肠杆菌等生物在切断的双链DNA修复时出现的蛋白质以外,还有该菌所特有的修复蛋白质也参与修复。本文对该菌所特有的DNA二条链的切断损伤修复的主要基因及其相互作用进行了简要介绍。