肺炎链球菌脂肪酸代谢转录因子FabT的结构与调控机制研究

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肺炎链球菌作为一种主要的人类呼吸道致病菌,每年在全世界造成数百万人死亡。而且随着抗生素的滥用,越来越多的细菌由于选择压力进化出了抗药性,甚至具有抵抗多种抗生素的能力,即多重耐药性。理解细菌产生抗生素耐药性的分子机制,并进而开发新型抗生素用于相关人类疾病的治疗势在必行。致病菌脂肪酸合成路径相关蛋白是潜在的抗生素的重要靶点。脂肪酸合成途径为细菌生物膜的合成提供底物,对膜磷脂组分的调节和膜磷脂稳态的维持非常重要。脂肪酸合成需要被精细调控,以维持细菌的生存以及适应复杂多变的环境。在链球菌中,脂肪酸调控转录因子FabT负调控脂肪酸合成途径相关基因的表达,fabT的缺失会导致饱和脂肪酸含量升高,不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比例下降,且脂肪酸链的长度变长。FabT作为全局性转录因子,存在于链球菌、肠球菌、乳球菌和梭菌四个菌属中,但它的结构和对脂肪酸合成途径的调控机理仍然未知。
  我们利用X-射线晶体学手段解析了肺炎链球菌FabT与23bp的DNA回文序列复合物的晶体结构。FabT属于经典的转录因子MarR蛋白家族成员的结构。结构比对发现,相对于已知的MarR家族蛋白与DNA复合物的结构,FabT-DNA复合物结构中FabT和DNA的结合更加松散,暗示FabT可能需要在配体的作用下才能够与DNA更加紧密地结合。我们在体外合成了FabT的最适配体,即具有18碳链的乙酰载体蛋白acyl-ACP,通过EMSA实验证明长链acyl-ACP能够增强FabT和DNA之间的亲和力。结合表面电势分析和序列比对,我们建立了长链acyl-ACP与FabT-DNA的复合物结构模型,发现酸性的ACP与FabT表面的碱性区域结合,而长链脂肪酸则插入到FabT的疏水口袋中,进一步的生物化学实验验证了该结合模型。我们的研究结果有助于阐明肺炎链球菌脂肪酸合成精细调控的分子机制,同时为肺炎链球菌感染引发的人类疾病的新型药物设计提供了结构基础。
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