细菌双组分系统应答调控蛋白调控策略的多样性

双组分系统(TCS)是细菌感应并响应外界复杂环境最为重要的信号传导系统,一般由组氨酸激酶(HK)与应答调控蛋白(RR)构成,激酶与调控蛋白之间通过磷酸化进行信号传递.作为信号传导通路的终端,RR通常由N端高度保守的信号响应结构域(REC)和C端可变的效应结构域组成.RR的效应模块通常为DNA结合结构域.在典型的TCS信号通路中,RR磷酸化后DNA结合能力会显著增强,并形成同源二聚体参与下游靶基因的转录调控.随着研究的深入,发现RR的调控模式其实更为复杂、多样,主要表现在以下3个方面:(ⅰ)含DNA结合结构域的RR存在非典型的调控机制,如磷酸化会使RR的DNA结合能力明显降低或丧失,以及不同RR之间可形成异源二聚体;(ⅱ)RR的效应模块除了是DNA结合结构域,还可能是RNA或蛋白质结合结构域,甚至是酶催化结构域;(ⅲ)有些RR仅含REC结构域.本文对RR介导的不同调控模式进行了系统介绍,以展现TCS在感应外界信号后响应策略的多样性及灵活性.     

Fic蛋白家族的研究进展

过去的研究发现了一个具有相同保守结构域的Fic(filamentation induced by cAMP)蛋白家族。虽然在原核生物中发现超过3 000种以上含有Fic结构域的不同蛋白质,但到目前为止,在包括人在内的真核生物中仅发现一种Fic蛋白。Fic结构域主要通过含有磷酸基团的化合物在转录中起作用,目前被人类关注的功能是单酰磷酸化(AMPylation, AMP化),一种类似磷酸化的蛋白质调控机制,是以ATP为底物将一磷酸腺苷(AMP)特异地转移至靶标氨基酸残基。该机制主要在细菌侵袭宿主、侵袭后增殖、致病的过程中发挥作用。真核细胞中的单磷酸腺苷化可以调控内质网的稳定性。本文主要对Fic蛋白的特征性结构和作用以及几种主要的Fic蛋白的结构、作用和研究方法进行综述。     

非典型应答调控蛋白活性调控机制

双组分信号转导系统是生物中广泛存在的调控系统,通常由组氨酸激酶和应答调控蛋白(Responseregulator,RR)两个组分构成。典型的RR通过一个磷酸化机制调控活性。非典型应答调控蛋白在细菌中广泛存在,并调控细菌的生长发育、抗生素合成、Fe的转运等多种生理功能。以下主要综述目前研究比较清楚的非典型应答调控蛋白的结构和功能方面的进展,并以链霉菌中杰多霉素生物合成途径中的非典型应答调控蛋白JadR1为例,阐明调控蛋白活性调控的新机制。     

新型多功能蛋白家族DABB类蛋白研究进展

DABB类蛋白含有1～2个二聚化α+β桶状结构域(dimericα+β barrel domain, DABB)。DABB结构域最早在嗜氢菌的果糖1,6二磷酸醛缩酶的C端和盐胁迫下胡杨的热休克蛋白(Hsp90)、羟脯氨酸糖蛋白(HRGP)中发现。目前报道的该类蛋白主要存在于植物、细菌和真菌中,在动物中尚无报道。在植物中,DABB类蛋白与植物抵御多种病原真菌入侵和非生物胁迫相关。在微生物中,DABB类蛋白主要参与氧化还原相关的代谢过程。目前,关于DABB结构域的具体功能仍不清楚,尚无关于DABB类蛋白的综述文献,本综述从含有此结构域的DABB类蛋白的物种来源、DABB结构域的特点及其保守氨基酸、DABB类蛋白的系统进化等方面,对植物和细菌DABB类蛋白的研究现状进行了总结,并对该类蛋白的研究与应用前景进行了展望。     

具核梭杆菌CarRS双组分系统组氨酸激酶CarS的表达、纯化及生化活性测定

具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)是一种条件致病菌,能够在结直肠癌组织中富集,影响结直肠癌发生发展的多个阶段。双组分系统在病原菌耐药性、致病性相关基因的调控和表达中起重要作用。本文以具核梭杆菌CarRS双组分系统为研究对象,重点对其组氨酸激酶蛋白CarS进行重组表达和性质研究。利用在线软件SMART、CCTOP和AlphaFold2对CarS二级结构和三级结构进行预测,其结果表明CarS蛋白具有2个跨膜螺旋区,包含9个α螺旋和12个β折叠结构;由两个结构域构成,一是位于N末端的跨膜域(氨基酸1–170),另一个是位于C末端的胞内域,胞内域由信号接收域(histidine kinases,adenylyl cyclases,methyl-accepting proteins,prokaryotic signaling proteins,HAMP)、磷酸受体结构域(histidine kinase domain,HisKA)和组氨酸激酶催化结构域(histidine kinase-like ATPase catalytic domain,HATPase_c)组成。由于全长的CarS蛋白未能在宿主细胞中表达,因此根据其二级、三级结构特点,构建了CarS胞内蛋白的融合表达载体pET-28a(+)-MBP-TEV-CarScyto,并在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21-CodonPlus(DE3)-RIL中进行过表达。经亲和层析、离子交换层析和凝胶过滤层析,最终获得纯度较高的CarScyto-MBP蛋白,终浓度达20 mg/mL。活性实验结果表明,CarScyto-MBP具有蛋白激酶和磷酸转移酶双活性,麦芽糖结合蛋白(maltose binding protein,MBP)标签对CarScyto蛋白的生物活性无影响。上述结果为深入解析CarRS双组分系统在具核梭杆菌中的生物学功能提供了一定的理论基础。     

结核分枝杆菌的真核生物样信号转导元件

细菌中蛋白质磷酸与脱磷酸过程主要是由二成分系统 (ｔｗｏ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｙｓｔｅｍ)完成 ,组成该系统的主要是组氨酸激酶传感器 (ｈｉｓｔｉ ｄｉｎｅｋｉｎａｓｅｓｅｎｓｏｒ)和与其相联系的反应调节子 (ｒｅｓｐｏｎｓｅｒｅｇｕｌａｔｏｒ)。真核生物中 ,蛋白质磷酸化主要是导致蛋白的Ｓｅｒ、Ｔｈｒ、Ｔｙｒ残基磷酸化 ,信号转导的主要成员是蛋白激酶、蛋白磷酸酶。以前认为这个系统是真核生物特有的 ,最近基因组序列测定和单克隆抗体研究提示 :这个系统在有些细菌中也存在[1] 。Ｓｅｒ/Ｔｈｒ蛋白激酶 (Ｓｅｒ/Ｔｈｒｐｒｏ…     

核盘菌AROM蛋白的三级结构分析

核盘菌编码AROM蛋白的arom基因已经被克隆测序,本文根据该基因翻译的氨基酸序列用同源模建方法和从头模建方法分析了AROM蛋白各结构域的三级结构和功能位点,以及该蛋白二聚体可能的组装方式。结果表明,核盘菌AROM蛋白的脱氢奎尼酸合酶结构域进一步由N-端含有一个Rossmann折叠的α/β结构域和C-端的α螺旋结构域组成;5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸合酶结构域则由两个相似结构域组成,每个结构域含有不同拷贝数的β折叠和α螺旋;莽草酸激酶结构域的N-端由三个β折叠组成;脱氢奎尼酸酶结构域为(α2β2)3多肽,在N-端有一对反平行的β链,在C-端有loop环;莽草酸脱氢酶结构域含有一个由α/β组成的催化结构域和一个含有Rossmann折叠的NADPH结合结构域。     

蓝藻的二元信号传导系统

二元系统是细菌中主要的信号传导途径 ,磷酸根转移介导的信号途径使细胞得以感受各种环境刺激并产生应答。组氨酸蛋白质激酶的自动磷酸化将磷酸基团传给反应调节蛋白 ,反过来作为分子开关控制不同的效应物活性。蓝藻是地球上最早出现的光合自养原核生物 ,在长期的生物进化过程中 ,它们发展了一系列独特的形态和生理代谢机制 ,使其能在各种不同生境中生长、繁殖和扩增。研究蓝藻信号传导途径为阐明其高度的环境适应性提供了理论基础。     

C1q蛋白家族的结构、分布、分类和功能

C1q蛋白家族由众多含C1q结构域的蛋白组成, 从细菌到高等哺乳动物中都有分布。这类蛋白由一条信号肽、胶原样区(Collage-like region, CLR)和C1q球状结构域(Globular C1q domain, gC1q)组成。C1q蛋白家族根据其结构特点, 可分为三大类分子：C1q、C1q-like和ghC1q。C1q是补体经典途径的起始分子, 能够识别免疫复合物, 启动补体系统经典途径; 此外, 作为一种模式识别受体分子(Pattern recognition receptor, PRR), 它可以结合种类繁多的配体。C1q-like蛋白的结构类似于C1q分子, 含有CLR和gC1q结构域, 在水蛭中参与神经系统的修复, 在脊椎动物中实现从凝集素到免疫球蛋白结合分子的功能转变, 参与补体系统的激活。ghC1q蛋白只具有gC1q结构域和一段短的N末端序列, 包括分泌型蛋白(sghC1q)和非分泌型蛋白(cghC1q)。sghC1q在无脊椎动物固有免疫系统中发挥重要作用; 脊椎动物中的sghC1q可作为一类新型跨神经元调节因子, 在大脑的许多区域调节突触发育和突触可塑性。cghC1q基因最早可追溯至芽孢杆菌属的细菌中, 具有典型的gC1q果冻卷结构, 说明gC1q结构域有着非常悠久的进化历程且结构高度保守。文章对C1q蛋白家族的结构、分布、分类以及功能进行综述, 以期为从事该领域研究的科研人员提供有益参考。     

细菌磷酸转移酶系统(PTS)的组成与功能研究进展

细菌磷酸烯醇丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)-磷酸转移酶系统(phosphotransferase system,PTS)广泛存在于细菌、真菌和一些古细菌中,但不存在于动植物中。PTS由酶I (EI)、组氨酸磷酸载体蛋白(HPr或NPr)和酶II复合物等磷酸转移酶组成,既具有催化转运功能,又具有非常广泛的调节功能。PTS主要是通过磷酸级联反应将各种糖及其衍生物进行磷酸化然后运输到胞内。其不仅参与碳、氮中心代谢,调节铁、钾稳态,调控某些病原体的毒力,还能介导应激反应。在这些不同的调节过程中,信号由PTS组分的磷酸化状态提供,而该磷酸化状态根据PTS底物的可用性和细胞代谢状态的变化而变化。本文对细菌中磷酸转移酶系统的组成和调控网络进行综述,以期为PTS的整体调控机制及其对细菌整体代谢影响的研究提供参考依据。     

BTB家族蛋白结构与功能的研究进展

BTB(BR-C,ttk,and bab)家族是类Kuppel锌指蛋白家族中的一种,广泛存在于从酵母到人类的各种物种中,它最主要的特征是在N端至少含有一个BTB结构域.BTB结构域是在进化上高度保守的结构域,约含有115个氨基酸.越来越多的研究表明BTB蛋白在转录和调控的过程中起着重要的作用.     

双组分系统——细胞识别渗透胁迫信号的感应器

双组分系统是广泛存在于原核和真核细胞中的信号转导系统.主要由组氨酸蛋白激酶(HPK)和响应调节蛋白(RR)两个组分组成. 双组分系统信号通路一般包括信号的输入、HPK自身磷酸化、RR磷酸化、信号输出等环节.对双组分系统信号转导机制及其在渗透胁迫信号识别和传导中的作用进行了综述.     

一种转录受病原物接种和机械创伤诱导的水稻WRKY基因的鉴定

WRKY基因编码一类植物特异性转录因子,该类基因目前在双子叶植物中得到了较好的研究。为了研究WRKY基因在单子叶植物中的生物学功能,从水稻(Oryza sativa L.)中分离了OsiWRKY基因的cDNA。该cDNA可编码一个含482个氨基酸残基的蛋白质,该蛋白质预测的一级结构中含有一个WRKY结构域,在该结构域中发现了一个典型的C2-H2锌指结构模块。OsiWRKY预测的一级结构中还可能含有一个细胞核定位因子;利用瞬时表达体系,发现OsiWRKY与GFP绿色荧光蛋白(GFP)的融合蛋白的确定位在水稻细胞核中。在凝胶阻滞实验中,体外表达的OsiWRKY蛋白可特异地结合W-box顺式因子。在水稻白叶枯病原细菌接种实验中,OsiWRKY基因的转录本在抗病品种(IR-26)中的诱导增加强度明显高于感病品种(Jingang 30)。在模拟接种的水稻中,OsiWRKY基因的转录本也表现诱导增加,但其诱导增加的起始时间和幅度要显著低于水稻白叶枯病原细菌接种的水稻植株。这些结果表明,OsiWRKY基因可能编码了一个含有WRKY结构域的转录因子,该转录因子可能参与了水稻对病原物接种和机械创伤的反应,但OsiWRKY蛋白调节两种反应的机制可能有所不同。     

水稻白叶枯病菌第二信使c-di-GMP代谢酶基因的预测和分析

旨在从水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)中鉴定出含有GGDEF结构域的鸟苷酸环化酶(DGC)和含有EAL或HD-GYP结构域的磷酸二酯酶(PDE)编码基因。预测分析了Xoo已测序菌株中的GGDEF、EAL和HD-GYP结构域蛋白的种类、数量及其序列特征,鉴别了基序保守的DGC或PDE、基序退化的信号受体以及信号输入结构域,验证了部分不同类型结构域蛋白作为DGC/PDE、信号受体以及在细菌毒性调控等方面的功能。     

一种转录受病原物接种和机械创伤诱导的水稻WRKY基因的鉴定

WRKY基因编码一类植物特异性转录因子,该类基因目前在双子叶植物中得到了较好的研究.为了研究WRKY基因在单子叶植物中的生物学功能,从水稻(Oryza sativa L.)中分离了OsiWRKY基因的cDNA.该cDNA可编码一个含482个氨基酸残基的蛋白质,该蛋白质预测的一级结构中含有一个WRKY结构域,在该结构域中发现了一个典型的C2-H2锌指结构模块.OsiWRKY预测的一级结构中还可能含有一个细胞核定位因子;利用瞬时表达体系,发现OsiWRKY与GFP绿色荧光蛋白(GFP)的融合蛋白的确定位在水稻细胞核中.在凝胶阻滞实验中,体外表达的OsiWRKY蛋白可特异地结合W-box顺式因子.在水稻白叶枯病原细菌接种实验中,OsiWRKy基因的转录本在抗病品种(IR-26)中的诱导增加强度明显高于感病品种(Jingang 30).在模拟接种的水稻中,OsiWRKy基因的转录本也表现诱导增加,但其诱导增加的起始时间和幅度要显著低于水稻白叶枯病原细菌接种的水稻植株.这些结果表明,OsiWRKY基因可能编码了一个含有WRKY结构域的转录因子,该转录因子可能参与了水稻对病原物接种和机械创伤的反应,但OsiWRKY蛋白调节两种反应的机制可能有所不同.     

细胞分裂素信号转导分子机制

细胞分裂素受体家族与细菌二元组分系统的感受器组氨酸激酶具有同源性,证实下游事件与传统的磷酸转运作用具有相似性.借助于AHP蛋白的瞬间转运作用,细胞分裂素信号通过定位在细胞膜的类组氨酸激酶受体传到细胞核内,AHP蛋白使B型ARR活化,随后B型ARR激活A型ARR或其它靶基因的转录,逐步形成从质膜接受部位到激活核内基因表达的细胞分裂素信号转导模式.     

LysM蛋白介导植物免疫防卫反应及其信号激发的研究进展

溶解素基序(LysM)是一类普遍存在于大多数有机体中的蛋白质结构域。植物细胞中含有LysM结构域的蛋白能够识别不同种类含有N-乙酰葡糖胺结构的配体分子,从而启动植物对病原菌的特异防御反应。作为一种重要的模式识别受体,LysM结构域蛋白通过不同形式的寡聚化、受体类胞质激酶BIK1和MAPK级联反应向下游传递信号,而病原菌能够通过其分泌的效应蛋白特异性识别或修饰模式识别受体,规避植物细胞中病原体相关分子模式诱导的免疫反应。该文主要综述受体激酶/蛋白在病原菌激发子识别和防卫反应启动中的作用。     

蛹虫草和蝉棒束孢组氨酸激酶基因受杀菌剂影响的差异表达

组氨酸激酶是真菌感受外界刺激的重要组成部分,它使真菌能适应和应答环境的改变。通过RT‐PCR克隆蝉棒束孢Isaria cicadae组氨酸激酶基因Ic HK的ORF序列,对Ic HK基因序列分析表明其翻译产物Ic HK中存在着4个HAMP功能域、1个His KA功能域、1个HATPase功能域和1个REC功能域。采用实时荧光定量PCR方法研究了3种杀菌剂咯菌腈(Fludioxonil)、异菌脲(Iprodione)和克菌丹(Captan)对蛹虫草Cordyceps militaris组氨酸激酶Cm HK和蝉棒束孢组氨酸激酶Ic HK表达的影响。结果表明,Cm HK基因的表达对这3种杀菌剂的影响不敏感,这3种杀菌剂不能导致Cm HK基因的相对转录量明显增加。Ic HK基因的表达对这3种杀菌剂的影响都敏感,特别是对咯菌腈和克菌丹更为敏感,这3种杀菌剂可导致Ic HK基因的相对转录量的增加。研究结果表明不同真菌应对相同胁迫环境时,同源基因的表达特征可存在差异。     

BTB蛋白泛素化介导植物发育和逆境应答的研究进展

BTB (broad-complex, tramtrack, and bric-à-brac)结构域是在真核生物中发现的高度保守的蛋白质相互作用基序。含有BTB结构域的一类蛋白统称为BTB蛋白,它们广泛参与转录调控、蛋白质降解等过程。越来越多的研究表明,该基因在植物生长发育、生物与非生物胁迫等生理过程中具有重要的作用。本文以蛋白结构域为基础,系统总结了该基因家族蛋白在泛素化介导植物发育和逆境应答等过程中的研究进展,为植物中该类基因的研究提供了参考。     

三叶木通光敏色素A基因的序列及表达分析

光敏色素( phytochrome,简称PHY)是植物体内最重要的光受体,参与调节植物种子萌发、幼苗生长、茎的伸长、子叶伸展直至开花控制等许多生理过程。该研究通过RT-PCR方法首次从三叶木通( Akebia trifoli-ata)中获得了编码光敏色素A的cDNA序列(命名为AktrPHYA1,GenBank登录号为KP864055)。结果表明：该序列由3496 bp组成,包含一个3426 bp的完整开放阅读框,编码1141个氨基酸。 AktrPHYA1编码的蛋白N端为光感受区域,包括一个GAF结构域、一个PHY结构域;C端为光调节区域,C端包括两个PAS结构域、一个组氨酸激酶A结构域和一个类似组氨酸激酶的ATP 激酶结构。同源蛋白比对显示,AktrPHYA1与耧斗菜、荷花的同源蛋白序列一致性分别为83％和82％。遗传进化树分析表明,单子叶植物和双子叶植物的光敏色素A基因分别聚为两支;在双子叶植物中,AktrPHYA1与耧斗菜、荷花PHYA聚在一起,说明三叶木通与耧斗菜、荷花遗传关系较近。 AktrPHYA1在三叶木通茎、叶片、雄花、雌花、种子中均有表达,且在种子中表达最强,在叶片中表达量最低。 AktrPHYA1的组织表达谱暗示了其在植物中可能的功能。该研究结果为三叶木通光敏色素A基因的功能研究奠定了基础。