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在革兰氏阳性菌中,肽类分子是很重要的一类群感效应(quorum sensing)信号分子。很多肽类信号分子通过激活由组氨酸激酶(histidine kinases,HKs)和调控蛋白(response regulators,RRs)所组成的双组份系统(two-componentsystems,TCSs)来调控细菌胞内的应激反应。组氨酸激酶同肽类信号分子之间的识别是该调控通路关键的第一步,但它们之间这种高效、特异的识别机制却并不清楚。羊毛硫细菌素是革兰氏阳性菌核糖体合成并经翻译后修饰的小肽,是肽类信号分子中重要的一类。本文对两类主要羊毛硫细菌素的代表:AⅠ类的nisin和AⅡ类的bovicin H J50,与其受体组氨酸激酶NisK和BovK之间的识别分子机制开展了系统研究,取得了以下研究结果。 AⅠ类羊毛硫细菌素nisin是由乳酸乳球菌Lactococcus lactis产生的抗菌肽,同时nisin也可作为胞外群感效应信号分子通过双组份系统NisK/R调控自身的生物合成。组氨酸激酶NisK的N端包含两个跨膜域,两域之间是一个大的胞外区,未发现已报导的组氨酸激酶中感受信号分子的相关结构域,如PDC domain等。本研究首先通过检测NisK胞外区截短突变体的信号感受活性证明了NisK的胞外区是识别nisin的重要区域。通过对NisK胞外区的保守性残基、疏水区和带电荷氨基酸残基进行突变和并进行信号感受活性的检测及分析,发现很多感受信号相关的重要氨基酸残基位于NisK胞外区的第一和第三个预测的β折叠股上。进一步的突变分析表明,这些区域氨基酸残基的疏水性对于识别nisin分子非常重要。体内交联实验结果表明,NisK在细胞膜上可以自发形成二聚体而不需要nisin的诱导。同时,本研究探讨了nisin信号分子对组氨酸激酶的识别规律。通过半体外生物合成方法,对nisin分子进行了丙氨酸扫描突变。对突变体的诱导活性检测发现,nisin的N端尤其是A环和B环在识别NisK的过程中非常重要。结合组氨酸激酶识别信号分子的特点及信号分子诱导活性的规律分析,NisK和nisin之间的识别很可能主要依赖于疏水相互作用。 AⅡ类羊毛硫细菌素bovicin HJ50是由牛链球菌Streptococcus bovisHJ50产生的抗菌肽。Bovicin H J50同样可以作为群感效应信号分子通过激活双组份系统BovK/BovR来调控自身的合成。与NisK不同,BovK的N端具有八个跨膜域及四个胞外环结构,且不具有任何已知的识别区域。通过构建报告菌株并结合突变的方式,我们检测了BovK的N端在识别信号分子bovicin HJ50过程中发挥重要作用的氨基酸残基或者结构。研究结果表明,BovK的前三个胞外环上几个带电荷的氨基酸残基和位于BovK第六个跨膜域上的保守的疏水区是BovK识别bovicin H J50的重要结构。 综上所述,本研究深入探讨了两类代表性羊毛硫细菌素分别与两类不同的组氨酸激酶之间的识别机制,丰富了我们对组氨酸激酶识别肽类信号分子机制的了解,为探究细菌响应环境中肽类信号的分子机制、进一步揭示羊毛硫细菌素的调控机制和对调控通路的进行改造提供了理论依据。