細(xì)菌雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)TwoComponentRegulatorySystem

細(xì)菌雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)

Two-ComponentRegulatorySystem

第六章內(nèi)容定義分類和組成〔趨化性、滲透壓、氮同化和固氮調(diào)節(jié)〕磷酸鹽的吸收群體感應(yīng)與細(xì)菌耐藥性關(guān)系應(yīng)用細(xì)菌雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)又叫細(xì)菌雙組分系統(tǒng)〔Two-ComponentRegulatorySystem，TCS〕雙組分信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)〔two-componentsignaltransductionsystems，TCSTS〕Two-componentregulatorysystesms1.根本所有細(xì)菌都有:1%ofgenome2.有信號(hào)識(shí)別和傳導(dǎo)〔激酶〕兩局部3.RR通常為轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)蛋白HPK是一種跨膜蛋白，幾乎所有的HPK都含有2個(gè)跨膜區(qū)〔TM1、TM2〕。HPK的N-端有一個(gè)能感受外界信號(hào)的輸入?yún)^(qū)，C-端有一個(gè)由約250個(gè)氨基酸殘基組成的轉(zhuǎn)導(dǎo)區(qū)，該區(qū)具有自主磷酸激酶的功能，磷酸化的位點(diǎn)一般是保守的His殘基〔H〕。此外，轉(zhuǎn)導(dǎo)區(qū)中還含有5個(gè)由5～10個(gè)氨基酸殘基組成的高度保守區(qū)域。反響調(diào)節(jié)因子(RR)迄今已發(fā)現(xiàn)有400多種RR，同源性分析結(jié)果說明，這些RR之間具有20％～30％的相似性[3]。它們的N一端都含有一個(gè)大約由110個(gè)氨基酸組成的信號(hào)接收區(qū)，其中有一個(gè)保守的天冬氨酸殘基(Asp)是磷酸化發(fā)生的位點(diǎn)。RR的C端是具有某種輸出或效應(yīng)器活性的結(jié)構(gòu)域，稱為輸出區(qū)。在多數(shù)情況下，RR是轉(zhuǎn)錄因子，輸出區(qū)作為DNA結(jié)合域與目標(biāo)啟動(dòng)子上游的DNA序列進(jìn)行結(jié)合而調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄，接收區(qū)那么通過Asp磷酸化調(diào)節(jié)輸出區(qū)的活性。需要指出的是，盡管大多數(shù)RR是作為轉(zhuǎn)錄因子起作用的，但也有許多RR與轉(zhuǎn)錄無關(guān)。例如，大腸桿菌反響調(diào)節(jié)因子CheB的作用是使趨化受體蛋白(chemotaxis-receptorproteins)發(fā)生去甲基化，CheB接收區(qū)的磷酸化那么促進(jìn)該過程的進(jìn)行[4]The"Two-Component"RegulatorySystem

(ParkinsonandKofoid,1992)

廣泛存在于細(xì)菌、古菌、真菌，單細(xì)胞真核生物、植物，但是在動(dòng)物細(xì)胞中沒有發(fā)現(xiàn)。細(xì)胞內(nèi)的雙組分體系調(diào)節(jié)的反響nutrientacquisitionnitrogenphosphoruscarbonenergymetabolismelectrontransportsystemsuptakeandcatabolicmachineryvirulenceplasmidtransferdegradativesecretionstoxinproductionadherencefactorsadaptationtophysicalorchemicalaspectsoftheenvironmentpHosmolarity

lightqualitycomplexdevelopmentalpathwayssporulation

fruitingbodydevelopmentswarmercellproductionAsinglecellmayhavemanytwo-componentsystems

E.coli178信號(hào)蛋白中,62參與了雙組分系統(tǒng)26histidinekinases(PSI-BLASTsearchofE.coligenomeforsignaltransmitters)36responseregulators(PSI-BLASTsearchofE.coligenomeforsignalreceivers)in10sub-families(families&functions)整個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程只由兩個(gè)組分(HPK和RR)即可完成，是一典型的、最簡單的TCSTS。需要強(qiáng)調(diào)的是，隨著研究的廣泛深入，發(fā)現(xiàn)TCSTS并非想象中的那么簡單，在一些條件下，可能不止一個(gè)HPK或RR參與了一種信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo)；而在一個(gè)菌細(xì)胞中也可能有多種二元系統(tǒng)存在，來感應(yīng)或轉(zhuǎn)導(dǎo)不同的信息。受體復(fù)合體主要由細(xì)胞膜上的4個(gè)可甲基化趨化蛋白〔methyl-acceptingchemotaxisproteinsorMCPs〕,組氨酸激酶CheA、連接蛋白CheW組成.當(dāng)誘導(dǎo)物結(jié)合時(shí)促進(jìn)從順時(shí)針〔clockwisesignalling[CWS]〕向逆時(shí)針轉(zhuǎn)變〔counter-clockwisesignalling[CCWS]〕沒有誘導(dǎo)物時(shí)，CheA自身磷酸化，將P傳遞給調(diào)節(jié)蛋白CheY，Y的Asp57磷酸化導(dǎo)致和A的親和力下降提高了與FliM蛋白的親和力，兩者的相互作用增加了鞭毛CW旋轉(zhuǎn)。CheZ可以促進(jìn)CheY-P的去磷酸化作用。Figure1.Exampleofabasictwo-componentsystem.TheE.

coliosmolarity-responsesystemconsistsofanHPKosmosensor(EnvZ)andanRRtranscriptionfactor(OmpR)(PrattandSilhavy,1995).EnvZautophosphorylatesusingATPasthephosphatedonor.ThephosphatefromthetransmittermoduleofEnvZisthentransferredtoanAspresidueinthereceivermoduleofOmpR,therebyaffectingthepromoterinteractionsoftheOmpRDNA-bindingmodule,whichregulatesthetranscriptionoftwoporingenes,ompFandompC.Changesinosmolarityareperceivedbytheamino-terminalmoduleofEnvZ.Inresponsetosuchchanges,EnvZchangesthelevelofphosphorylatedOmpR.Thedottedlinesdepictintra-proteinregulatoryinteractions.Thedashedlinedepictsphosphorylation/dephosphorylationevents.P,Phosphorylgroup;H,His;D,Asp.ompF基因有ompR產(chǎn)物的高親和位點(diǎn)ompC基因有ompR產(chǎn)物的低親和位點(diǎn)

低滲透壓時(shí)，ompR基因產(chǎn)物少，只結(jié)合高親和位點(diǎn)，ompF基因表達(dá)量升高；高滲透壓時(shí)，ompR基因產(chǎn)物多，可結(jié)合低親和位點(diǎn)，與ompC基因結(jié)合，雙向轉(zhuǎn)錄，促使ompC基因表達(dá)量升高外，反向轉(zhuǎn)錄生成micFRNA可與ompF的mRNA結(jié)合，阻礙翻譯。RegulationofTranslationbyAntisenseRNAFig.B3TheinitiationofsporulationisgovernedinpartbytheactivitiesoftwospatiallyseparatedsigmafactorsTheactivationofsigmaFisaccomplishedthroughaphosphorelaysystem磷酸鹽吸收Theadenylylation/deadenylylationcyclethatcontrolstheactivityofglutaminesynthetase.腺苷脫腺苷控制谷氨酰胺合成酶〔GS〕活性。氮信號(hào)被腺〔尿〕苷酰轉(zhuǎn)移酶〔ATase或UTase〕識(shí)別。低氮激活UTase，尿苷?；腜II協(xié)助ATase對(duì)GS-AMP去腺苷酰化。細(xì)菌群體感應(yīng)抗生素誘細(xì)菌SOS反響SOS反響誘導(dǎo)錯(cuò)誤傾向的DNA復(fù)制，大大提高堿基自發(fā)突變率，導(dǎo)致產(chǎn)生多重抗生素耐藥性；SOS反響通過誘導(dǎo)整合子重組，促進(jìn)溶源性噬菌體的裂解，加速了耐藥基因在細(xì)菌間的水平轉(zhuǎn)移[18]。另外，SOS反響誘導(dǎo)蛋白可以提高細(xì)菌對(duì)抗生素的耐藥性，比方鏈球菌〔Streptococcuspneumoniae〕熱休克蛋白ClpL的誘導(dǎo)表達(dá)可以增強(qiáng)鏈球菌對(duì)青霉素的耐藥性。KohanskiMA,2010四種常用抗生素對(duì)大腸桿菌SOS反響的誘導(dǎo)細(xì)菌的SOS反響意義是細(xì)菌的一種普遍而又重要的信號(hào)傳遞系統(tǒng),也