蓝细菌中异型胞分化转录因子HetR蛋白结构的研究及异型胞和营养细胞间物质转运方式的初步探索

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Anabaena sp.PCC7120是一类丝状蓝细菌,当环境中缺乏固定氮源时,部分细胞能分化成具有格式分布的专门用于固氮的异型胞。HetR是异型胞分化过程中必不可少的转录因子,在整个调控网络中起着关键作用。本研究解析了来源于另一种具异型胞蓝细菌Fischerella sp.MVll的HetR的结构(分辨率3.0A)。结果显示:HetR蛋白是同源二聚体,整体结构由三个结构域组成的:DNA结合结构域(位于N端第1-98位氨基酸,包括HTH基序)、侧翼结构域(第99-213位氨基酸)和帽状结构域(第214-296位氨基酸)(位于C端,二聚体中两个该结构域结合在一起形成帽状结构罩在中心区域上方)。两个HetR蛋白的单体能通过DNA结合结构域和帽状结构域聚合为二聚体,而侧翼结构域则从中心核心区向两侧伸展。DNA结合结构域在PDB中已有的结构数据库中能找到类似的结构,而侧翼结构域和帽状结构域则是全新的结构。  接着我们在HetR的15个位点共构建了33个位点替换突变体,通过凝胶阻滞(EMSA)实验、自降解实验和突变体异型胞分化状况来验证所得到的HetR的结构。我们验证了HTH基序确实起到DNA识别的作用,当这个区域的一系列氨基酸位点(R62,K73,R74,K76,H69,E71)单位点替换突变时,突变的重组HetR蛋白就不能结合一个29bp的含有HetR识别序列DNA片段。而相应的含有这些位点突变的菌株也不能分化异型胞。我们同时也发现,HTH基序中的一些位点(R62,K73,R74,K76,H69)还会影响到HetR的蛋白酶功能。基于这些结果,我们认为HetR在异型胞分化中转录复合物的形成中起到一个“骨架”的作用,结构中有位点与其他因子结合。  藻青素是一种含精氨酸和天门冬氨酸的不溶聚合物。有学者认为藻青素颗粒可以作为异型胞中固氮产物的临时储存形式,并参与到固氮产物向营养细胞的运输。本研究提出了一个可能的操纵子alr1519-alr1520-alr1521,通过构建缺失突变体证实该操纵子的缺失会造成藻青素在异型胞两端的堆积,并且菌丝会断裂,异型胞从菌丝上脱落。因此我们推断这个操纵子很可能是参与了藻青素降解产物的运输,也可能是像Fra家族蛋白一样,在维持细胞连接中起到作用。我们将对这个操纵子及Fra家族蛋白做更深层次的研究。
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