铜绿假单胞菌二鸟苷酸环化酶SiaD激活和反馈调节机制研究

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铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa,PA)是自然界中广泛分布的革兰氏阴性菌,也是一种常见的条件致病菌,能造成急性感染和慢性感染。环二鸟苷磷酸(Cyclic-di-GMP,c-di-GMP)是铜绿假单胞菌在急、慢性感染转化过程中的重要信号分子。我们之前的研究已经证明,siaABCD操纵子编码一个信号网络,该网络通过调节SiaD的酶活性,来控制生物被膜和聚集体的形成。SiaC通过蛋白质间的相互作用,激活SiaD二鸟苷酸环化酶(DGC)的活性。然而,SiaC激活SiaD的机制仍不清楚。另外,同源物结构比对发现,SiaD具有典型的c-di-GMP反馈抑制位点,主要包括I-位点和富含精氨酸的N-末端。我们推测丰富的精氨酸与c-di-GMP的结合有关,SiaD存在类似于PleD的反馈调节模式。本论文首先研究了SiaC-SiaD相互作用的分子机制,通过生物被膜形成实验和酶活的测定,重新定义了siaD基因的编码序列;前期与上海交通大学合作解析的SiaC-SiaD复合物的晶体结构中发现了SiaD中SiaC的四个结合基序,我们通过亲和下拉实验(GST-pull down)实验和尺寸排阻色谱实验(SEC)结果证明SiaD中SiaC的四个结合基序的突变不影响SiaC-SiaD蛋白的结合;生物被膜形成实验和酶活的测定实验证明,SiaC结合基序SiaDS82A-Q86A的突变对SiaC-SiaD复合物的功能有更大的影响。然后我们对SiaD蛋白构象进行研究,通过非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳实验证明SiaD在溶液中以五聚体的形式存在,与SEC的数据一致;通过GST-pull down证明N-末端结构域在SiaD五聚体中发挥着关键的作用;通过圆二色谱实验(circular dichroism,CD),证明了SiaD由五聚体到二聚体二级结构的变化。最后我们对c-di-GMP反馈调节SiaD酶活性的机制进行研究,通过生物被膜形成实验和酶活的测定实验证明,反馈抑制位点R201的突变对SiaD蛋白的功能有更大的影响;高效液相色谱实验数据分析显示,在激活和非激活状态下,c-di-GMP对SiaD都有抑制作用,而I位点R201的突变解除了这两种状态下的反馈抑制。此外,在研究过表达siaD对生物被膜的调控作用时,我们发现了siaDR119M的基因突变体,通过生物被膜形成实验以及HPLC实验,证明R119的突变与反馈调节机制无关;最后我们通过泳动实验发现,R119M突变导致该菌株的泳动能力变弱。综上所述,对铜绿假单胞菌二鸟苷酸环化酶SiaD激活和反馈调节机制的研究,拓展了我们对GGDEF调控的理解,为阐明二鸟苷酸环化酶家族调控的分子机制提供了新的起点。
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