药物处理时大肠杆菌YihE激酶对中心碳代谢的调控作用

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前期研究发现,大肠杆菌YihE激酶在多种药物作用下能够保护细菌,但是其具体的作用机制还不清楚。对YihE激酶抗药机制的研究将有助于我们进一步了解细菌在逆境下的应激反应机制,对于药物开发具有重要指导意义。本研究通过分析转录组测序和Label-free磷酸化蛋白组测序结果,发现在药物处理时ΔyihE中糖转运和碳代谢有关的部分基因的表达量与野生型具有较大差异,且其潜在底物(Dna K、Pgm和Pps A)参与细菌碳代谢,表明YihE激酶的调控机制可能与细菌碳代谢密切相关。为了探究YihE对糖转运和碳代谢的调控作用,在本工作中,我们开展了以下研究:1)检测了PTS系统和碳代谢相关基因突变株的药物敏感性,结果显示其中部分突变株对药物的敏感性发生变化,表明这些基因参与了细菌对药物的应激反应;2)使用不同培养基验证了葡萄糖/果糖对ΔyihE和YihE表达株药物敏感性的影响,发现葡萄糖/果糖会改变它们对药物的敏感性,且变化趋势均不同于野生型,表明ΔyihE对药物的敏感性可能与胞内碳源的可利用性有关;3)通过Real-time PCR检测了药物处理时基因的表达量,发现果糖PTS系统组成基因受到的影响最为显著,而ΔyihE中pts G的表达量较高,表明YihE缺失可能导致更高的葡萄糖转运活性。另外,ΔyihE在药物处理时pyk F表达上调而pps A表达下调,表明其无法像野生型一样将更多的碳从EMP流向糖异生;4)检测了中心碳代谢中部分代谢物的相对含量,ΔyihE中较少的果糖-1,6-二磷酸有可能使HPr的功能转向葡萄糖转运,而2,3-二磷酸甘油酸含量熔断式下降则表明ΔyihE中部分氧化应激功能可能已经失控且其低含量可能会诱导EMP通量增加;5)检测了碳代谢关键酶的酶活水平,发现药物处理时ΔyihE无法像野生型一样降低EMP关键酶活性,同时具有较高PPP关键酶活性,说明其存在较高的EMP通量和较低PPP通量。ΔyihE中TCA循环关键酶活性也与野生型呈现出相反的变化趋势,其结果可能导致ΔyihE中NADPH/NADH比例降低,从而增强了ROS产生,使得ΔyihE对药物超敏感;6)尝试通过体外磷酸化实验对YihE的具体作用底物进行验证。通过以上结果,我们推断,药物处理时野生型能够降低葡萄糖转运活性,减少胞内葡萄糖含量,从而整体降低碳代谢活性。另外,野生型能够将更多的碳从EMP流向糖异生和PPP,从而增加NADPH/NADH比例来保护细菌,而ΔyihE似乎失去了这种调节功能导致其对药物敏感性增加。本研究从糖转运和碳代谢的角度,揭示了YihE激酶参与的抗药途径,为今后更深入研究YihE的抗药机制奠定了基础。
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