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DNA硫修饰是一种DNA磷酸骨架修饰:即DNA磷酸骨架上一个非桥接的氧原子被硫原子取代。DNA硫修饰由5个基因组成的dnd基因簇负责,这5个基因包括dndA、dndB、dndC、dndD和dndE。dndB-E构成一个操纵子,该操纵子与dndA转录方向相反。dnd基因簇广泛地分布于海洋细菌、土壤细菌和人类致病菌等各种细菌中。目前对于DNA硫修饰的功能仍然所知有限。有研究证明DNA硫修饰属于一个限制-修饰系统。本研究聚焦变铅青链霉菌DNA硫修饰的抗氧化功能。谢新强等的工作发现,在兼性厌氧菌Salmonella enterica中,DNA硫修饰菌株能抗过氧化氢,同时硫修饰的DNA能够与过氧化氢等过氧化物发生反应,还原这些过氧化物。但是,有若干问题尚未解决:1,DNA硫修饰抗氧化是否也存在于其它类型的细菌中?2,DNA硫修饰是否能影响基因转录呢?3,DNA硫修饰是否通过间接的激活抗氧化基因的转录来清除过氧化物?4,负责DNA硫修饰的dnd基因转录是否被过氧化物激活?5,如果dnd基因簇的转录服从氧化物的调控,相应的机理怎样?本研究发现,用20 mM过氧化氢处理野生型变铅青链霉菌1326和dnd基因簇缺失突变株HXY6,1326的存活率是HXY6的2倍;用290μM过氧乙酸(PAA)或20 mM过氧化氢异丙苯(CHP)处理后,1326的存活率是HXY6的10倍。因为变铅青链霉菌是好氧菌和革兰氏阳性菌,这显示在好氧菌和革兰氏阳性菌中,DNA硫修饰也具有抗氧化功能。通过Southern blotting对dndA和dndB基因上的DNA硫修饰位点S9和S13进行了鉴定。通过突变两个修饰位点以及用报道基因儿茶酚-2,3-双加氧酶进行跟踪分析,发现这两个硫修饰位点不能影响dndB基因的转录。比较了1326和HXY6的转录组后,发现DNA硫修饰不能激活抗氧化基因的转录,从而否定了间接清除这个假设,进而暗示DNA硫修饰只能直接清除过氧化物。同时通过检测清除过氧化物的相关基因被诱导的水平,了解胞内过氧化物的水平,发现这些基因(包括5个过氧化氢酶、2个烷基过氧化物还原酶和1个有机过氧化物抗性蛋白)在HXY6中被诱导的转录水平高于1326中的水平,实验结果显示HXY6中积累的过氧化物高于1326,同时暗示菌体内HXY6清除过氧化物的能力弱于1326。体内与体外清除率实验证明,1326菌株清除过氧化氢和PAA的能力都强于硫修饰系统缺失菌株HXY6。这些结果说明在变铅青链霉菌中,DNA硫修饰能直接清除过氧化物。多数抗氧化系统本身的表达会被它们所清除的氧化剂激活。当检测氧化剂百草枯、过氧化氢、联胺(diamide)、PAA和CHP对dnd基因簇的表达的影响时发现,diamide能激活dnd基因簇的转录(2.5倍激活)。同时,本研究也鉴定了变铅青链霉菌1326的dndA和dndB基因的转录起始位点,并对dndB启动子区的调控元件进行了分析。通过启动子区的删除和突变分析以及检测报道基因xylE编码的儿茶酚-2,3-双加氧酶活力,发现dndB启动子区含有一个负调控序列(r重复序列)和一个正调控序列(R重复序列)。发现DndB是dnd基因的负调控蛋白,敲除了dndB后,dnd基因的转录不再受diamide的调控。所以可能的机制是:还原状态的DndB与r重复序列结合,抑制了dndB的转录;被diamide氧化的DndB从r重复序列上释放下来,解除了对dndB的抑制。一个抗氧化系统必须具备以下要求:1,能抗某种氧化物;2,能清除这种氧化物;3,负责该抗氧化系统的基因的转录能被氧化物激活。这3点是一个抗氧化系统必须具备的“金标准”。因此,以上的结果说明DNA硫修饰具备了一个抗氧化系统必须拥有的三个“金标准”,有力地支持了DNA硫修饰是抗氧化系统这个观点。同时,也为DNA硫修饰抗氧化的生物化学研究指明了方向。