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          青島能源所揭示出一類新的細菌轉錄調控因子的結構功能機制

          文章來源:青島生物能源與過程研究所   發布時間:2019-05-21  【字號:     】  

            轉錄是RNA聚合酶根據基因的DNA序列合成信使RNA的過程,是基因表達的起始步驟。在細菌中,σ因子是RNA聚合酶識別基因啓動子並起始轉錄的關鍵組分。近年來,在一些梭菌和杆菌中發現一類廣泛存在的σ因子及其共轉錄的抗σ因子——SigIRsgI,它們的一些結構域和已知蛋白沒有同源性,代表了一類新的特殊的細菌σ/σ因子。熱纖梭菌等一些産纖維小體細菌具有8-16對的SigI/RsgI因子,這在其他已知類型的σ/σ因子中比較少見。已有的研究表明這些SigI/RsgI因子负责纤维小体的调控表达,但其结构與功能机制仍未阐明。最近,彩客网青島生物能源與過程研究所代谢物组学研究组研究员冯银刚带领科研人员在热纤梭菌的纤维小体调控因子SigI/RsgI的結構功能機制研究中取得新進展,相關成果發表在國際期刊《核酸研究》(Nucleic Acids Research
              纖維小體是由一些厭氧的梭菌分泌的多酶複合體,是高效的木質纖維素降解分子機器,在木質纖維素資源的降解利用和生物技術開發中有重要的應用價值。纖維小體的酶組分受到胞外底物種類的調控,關于纖維小體調控機制的研究對理解纖維小體的高效作用機制和纖維小體的應用開發都具有重要價值。代謝物組學研究組多年來致力于梭菌及其纖維小體的研究和應用開發,利用研究組自主研發的遺傳操作硬件設備和軟件工具,對熱纖梭菌的生理生化、纖維小體的組裝、合成調控與産物抑制、産物攝取與代謝等進行了系統的研究。爲揭示SigI/RsgI在纖維小體調控中的作用機制,研究人員首先通過核磁共振實驗闡明了RsgISigI的結合方式,並進一步解析了該複合體的三維結構。結果表明RsgI主要通过胞内结构域與SigIC端結構域結合形成穩定的複合體,其中RsgI的胞內結構域是由β片構成的桶狀結構,SigIC端則由8α螺旋形成緊密的結構,兩者之間通過多種作用力形成穩定的複合體。這種複合物結構和已知的其他σ/σ因子複合物結構完全不同,代表了一類獨特的σ/σ因子複合物結構類型。研究人員進一步通過結構和突變分析揭示了SigI上識別啓動子-35DNA的关键區域,并发现SigI/RsgI因子之间的识别特异性是通过两個蛋白质上的多对残基之间的协同作用实现的。 

            這些研究結果揭示了這類新的σ/σ因子的結構功能機制,使人們對于細菌的轉錄過程和對胞外環境感應的分子機制有了更多的了解,同時也有助于增進人們對纖維小體調控機制的理解,可以爲産纖維小體細菌的改造和應用提供基礎。此外,σ/σ因子是合成生物學研究中的重要調控元件,新的σ/σ因子可以爲合成生物學元件開發提供更多的選擇性,而對其機制的理解將有助于改進這些元件的性能。 

            该研究得到国家自然科学基金委、中科院和山东省的资助。在国家自然科学基金委的中以國際合作交流项目的资助下,以色列威兹曼科學研究所和特拉维夫大学的多位研究人员参與了该研究的完成。该研究部分高场核磁共振数据的收集得到厦门大学高场核磁共振中心博士姚宏伟的大力协助。青岛能源所博士生魏真为该研究論文的第一作者,研究员冯银刚为論文的通讯作者,代谢物组学研究组多位学生和研究人员参與了该项目研究工作。

            論文链接

           

            圖:新型σ/σ因子SigI/RsgI的複合物結構和已知的其他σ/σ因子的複合物結構完全不同。左圖爲SigI/RsgI的結構,右圖爲三種已知的其他σ/σ因子複合物的結構。




          (責任編輯:葉瑞優)

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