作者:廖洋 孔凤茹 来源:中国科学报 发布时间:2023/7/12 18:40:13
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研究揭示细菌中的新型跨膜信号传导机制

 

细菌的跨膜信号传导与细菌的环境感应、生长、代谢等密切相关,因而理解其跨膜信号传导机制对于细胞工厂的开发和优化具有重要的意义。

近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所代谢物组学研究组在研究一类感应胞外多糖和热激的调控因子SigI-RsgI时,发现RsgI具有一种全新的自酶切结构域,并通过结构、遗传和生化实验阐明了基于该自酶切的跨膜信号传导机制。该发现表明,在细菌中存在基于自酶切的跨膜信号传导机制,而类似的机制之前仅在真核生物中的一类G蛋白偶联受体中发现过,该成果在线发表于《科学进展》上。

SigI-RsgI因子广泛存在于厚壁菌门的梭菌纲和芽孢杆菌纲的细菌中,主要与细菌的热应激反应和致病菌的毒力相关,其中SigI负责招募RNA聚合酶启动下游基因的转录,RsgI则在不同条件下抑制或释放SigI的活性。大多数细菌都只含有一对SigI-RsgI因子,但热纤梭菌等可降解木质纤维素的厌氧梭菌中存在多对SigI-RsgI,负责调控高效降解木质纤维素的纤维小体。

研究组前期的序列和核磁共振分析表明,RsgI具有一个新的周质空间结构域,推测其和RsgI的信号转导有关。在此基础上,研究人员对RsgI的信号跨膜传导机制进行了系统的研究。

研究组首先发现,RsgI的周质空间结构域存在断裂现象,通过无细胞翻译体系证明该断裂是一种自酶切,该结构域的结构不同于已知的其他具有自酶切性质的蛋白质,是一个新的自酶切结构域类型。

随后,通过热纤梭菌中的遗传操作技术,研究组证明了该自酶切对于RsgI的跨膜信号传导是必须的,将RsgI从断裂位点拆分后可以激活下游信号传导,最终释放和激活处于抑制状态的SigI。此前 ,通过自酶切之后的两个肽段的拆分导致下游信号激活的现象只在真核生物中的黏附类G蛋白偶联受体上的GAIN结构域中被发现过。

研究人员又进一步通过遗传和生化技术,完整地阐明了RsgI的跨膜信号传导机制。

该研究发现了细菌中新型的跨膜信号传导机制,加深了对纤维小体底物耦联转录调控机制的理解,为热纤梭菌纤维小体的改造与应用提供了新的基础。RsgI作为感应胞外底物的关键因子,也可以为生物传感器的开发与合成生物学应用提供新的思路。

该研究成果得到了国家自然科学基金、山东能源研究院、青岛市和中科院的资助。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/sciadv.adg4846


 
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