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Epsilon-变形菌两对调控因子CheP-CheQ与HerB-HerR调控基因转录的分子机制研究
Alternative TitleMolecular Mechanism of two pairs of regulators CheP-CheQ and HerB-HerR in Epsilonproteobacteria
茶桂宏
Thesis Advisor高贝乐
2019
Degree Grantor南海海洋研究所
Degree Name博士
Degree Discipline海洋生物学
Keyword空肠弯曲杆菌,趋化作用,基因表达调控,HDOD domain,铁稳态
AbstractEpsilon-变形菌纲是革兰氏阴性菌的一个重要类群,分布广泛,是近年来宏基因组调查发现的深海极端环境如热液喷口富集的重要微生物类群,在海洋碳、氮、氢、硫循环中发挥重要作用。这类细菌缺乏其它细菌常见的信号分子及信号转导通路,如环化核苷酸或者群体感应分子的调控通路,而且基因组只编码少量的双组份调控系统。因此与其它模式菌株相比,这类细菌如何感知环境变化以及做出响应调控基因表达的研究结果非常少。本论文以Epsilon-变形菌纲的代表菌株Campylobacter jejuni 81-176为研究对象,主要研究两对信号感知蛋白和DNA结合蛋白共同调控靶基因表达的分子机制。本研究中发现了两个新型的调控因子CheP和CheQ可以激活C. jejuni的核心趋化基因cheV-cheA-cheW的转录。CheP与CheQ直接相互作用,且CheP促进CheQ与核心趋化基因cheV-cheA-cheW上游启动子区域结合,调控趋化基因的表达。CheP蛋白的HDOD结构域中高度保守的氨基酸LP16-17/W199与非保守的氨基酸LR146-147/HD239-240对CheP蛋白功能或与CheQ蛋白相互作用至关重要。对CheQ蛋白晶体结构研究揭示了CheQ蛋白具有两个新型折叠结构域。两个结构域Domain I和Domain II分别具有winged HTH结构域和winged helix特征,它们都可能与DNA结合。本论文的第二部分初步鉴定了C. jejuni中一对转录调控因子HerB与HerR。herB和herR基因共转录并组成一个操纵子,表明它们的功能可能相关。通过细菌双杂交实验及其免疫共沉淀实验证实了HerB与HerR蛋白存在直接的相互作用,互作位点为HerB蛋白的CxxC motif和HerR蛋白的非RHH DNA-binding domain的区域。转录组分析发现HerB与HerR蛋白调控的网络基本一致,更重要的,它们共同下调TbpABC,Ftr-P19和CJJ81176_1651-1655这3套铁转运系统基因的表达,由于herB和herR两个基因的突变导致铁转运系统基因表达下降,胞内铁离子浓度降低,利用铁离子合成血红素的关键酶的编码基因hemH的表达水平也显著降低;此外,HerB与HerR蛋白还下调一对双组份系统cprSR基因的表达影响空肠弯曲杆菌生物膜的现成。本论文对CheP-CheQ与HerB-HerR两对调控因子功能研究揭示了Epsilon-变形菌的新型转录调控因子。其中CheP-CheQ是首次发现的专一性调控趋化基因表达的转录调控因子,而且揭示了广泛存在但功能未知的HDOD domain需要和一个信号输出蛋白比如DNA结合蛋白相互作用来发挥功能。CheQ蛋白是通过与上游启动子区域结合充当信号输出蛋白,而CheP蛋白更可能是一个信号传感器与CheQ互作发挥功能。此外,对HerB-HerR的功能研究发现了这类细菌的铁转运系统的新型正调控因子,对该sensor-regulator pair对的深入研究将揭示这类细菌维持胞内铁稳态与抗氧化压力的内在机制。深入研究这类细菌多样性的信号转导系统的功能和调节机制是非常重要的,对理解细菌的环境适应性、病原菌的防治、以及认识复杂细胞过程信号转导的精准调控都有重要指导意义。
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.scsio.ac.cn/handle/344004/18136
Collection学位论文(博士)
Recommended Citation
GB/T 7714
茶桂宏. Epsilon-变形菌两对调控因子CheP-CheQ与HerB-HerR调控基因转录的分子机制研究[D]. 南海海洋研究所,2019.
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