耐辐射奇球菌全局调控因子cyclic AMP受体蛋白的功能研究

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耐辐射奇球菌作为迄今为止发现的辐射抗性最强的物种之一,由于对电离辐射,紫外辐射,干燥,双氧水及其他一系列DNA损伤试剂都显示出极强的抗性,而被科学界广泛地用作研究DNA损伤修复及极端抗性研究的理想模式生物。在耐辐射奇球菌的基因组中有许多编码转录因子的开放阅读框存在,然而许多转录因子的具体功能,活性以及结合调控的位点都还没有得到阐述。环腺苷受体蛋白(Cyclic AMP receptor protein,CRP)作为广泛存在于各种细菌内的全局调控因子,在应对不同环境压力过程中调控着细胞内多种代谢通路。然而至今还未有报道直接提出转录调控因子CRP与细胞的辐射抗性之间的联系。  经同源比对发现耐辐射奇球菌中编码了四个crp同源基因,包括dr0997,dr2362,dr0834和dr1646。近年来有研究在经过电离辐射处理后,其中一个crp同源基因dr0997的转录水平上调了38倍,进而被命名为ddrI。通过检测双氧水处理前后crp各基因的转录水平,也发现dr0997的转录水平上调了4倍多,而其他两个crp同源基因也上调了近2倍,这些结果证实CRP参与了耐辐射奇球菌的抗辐射及抗氧化进程。本文围绕着CRP在抗辐射及抗氧化方面的功能展开研究,主要内容和研究成果如下:  1.通过生物信息学方法发现耐辐射奇球菌中编码CRP的4个同源基因,经序列比对分析,发现该类蛋白与经典大肠杆菌CRP蛋白具有相似的cAMP结合结构域和DNA结合结构域,并发现多个参与信号分子及DNA结合的保守氨基酸位点。  2.通过对四个crp同源基因进行原位突变,结果表明:dr0997对细胞生长,氧化抗性和辐射抗性都非常重要;dr2362只对细胞氧化抗性有贡献;dr0834和dr1646对细胞生长和辐射抗性贡献都不大。  3.通过实时定量PCR检测dr0997突变株与野生株在双氧水处理前后过氧化氢酶和超氧化物歧化酶编码基因的转录水平,发现突变株许多基因的转录水平明显下调;通过检测野生型与突变株辐照前后各种修复基因的转录水平,发现dr0997突变株中各种与修复密切相关的基因,包括recA,recG,priA等转录水平都有大幅度的下调,其他如ddrO,drRRA,ddrB,ddrC,ddrD,recF, recO等等均有不同程度的下调。  4.通过寻找CRP结合位点及凝胶迁移率实验验证,发现了18个受DR0997直接调控的基因,包括三个修复相关基因recN(dr1447),pprA(dra0346)和uvsE(dr1819);两个与抗氧化机制相关的基因nuoA(dr1506)和terB(dr2220);以及一系列与细胞生理活性相关的基因,包括糖类代谢相关基因glpF(dr1929)和glgC(dr1689),与蛋白损伤代谢相关的两个Lon蛋白酶编码基因(dr1974和dr0349);与cAMP代谢相关性基因drA0006与cpdB(dra0006)等等。同时还发现DR0997具有自我调控的能力。  5.经凝胶迁移率实验及β-半乳糖苷酶实验证实DR0997直接调控一系列碲抗性蛋白的编码基因,包括terE(dr2217),terB(dr2220),terD1(dr2221),terA(dr2223),terZ(dr2224)和terC(dr2226)。通过构建各碲耐受性基因的突变株,进一步发现TerE,TerB,TerD与TerC对细胞氧化抗性有贡献。  综上所述,CRP同源物DR0997对耐辐射奇球菌的极端抗性非常重要,作为一个具有特异性DNA结合活性的转录调控因子,通过直接和间接调控的方式影响着细胞内修复相关的基因的表达,该蛋白的全局性调控影响还在探索之中。
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