细菌双组分调节系统Two-ComponentRegulatorySystem

细菌双组分调节系统Two-ComponentRegulatorySystem第六章内容•定义•分类和组成（趋化性、渗透压、氮同化和固氮调节）•磷酸盐的吸收•群体感应•与细菌耐药性关系•应用•细菌双组分调节系统又叫细菌双组分系统（Two-ComponentRegulatorySystem，TCS）双组分信号传导系统（two-componentsignaltransductionsystems，TCSTS）Two-componentregulatorysystesms1.基本所有细菌都有:1%ofgenome2.有信号识别和传导（激酶）两部分3.RR通常为转录调节蛋白HPK是一种跨膜蛋白，几乎所有的HPK都含有2个跨膜区（TM1、TM2）。HPK的N-端有一个能感受外界信号的输入区，C-端有一个由约250个氨基酸残基组成的转导区，该区具有自主磷酸激酶的功能，磷酸化的位点一般是保守的His残基（H）。此外，转导区中还含有5个由5～10个氨基酸残基组成的高度保守区域。•反应调节因子(RR)迄今已发现有400多种RR，同源性分析结果表明，这些RR之间具有20％～30％的相似性[3]。它们的N一端都含有一个大约由110个氨基酸组成的信号接收区，其中有一个保守的天冬氨酸残基(Asp)是磷酸化发生的位点。RR的C端是具有某种输出或效应器活性的结构域，称为输出区。•在多数情况下，RR是转录因子，输出区作为DNA结合域与目标启动子上游的DNA序列进行结合而调节基因的转录，接收区则通过Asp磷酸化调节输出区的活性。需要指出的是，尽管大多数RR是作为转录因子起作用的，但也有许多RR与转录无关。例如，大肠杆菌反应调节因子CheB的作用是使趋化受体蛋白(chemotaxis-receptorproteins)发生去甲基化，CheB接收区的磷酸化则促进该过程的进行[4]TheTwo-ComponentRegulatorySystem(ParkinsonandKofoid,1992)广泛存在于细菌、古菌、真菌，单细胞真核生物、植物，但是在动物细胞中没有发现。细胞内的双组分体系调节的反应nutrientacquisitiononitrogenophosphorusocarbonenergymetabolismoelectrontransportsystemsouptakeandcatabolicmachineryvirulenceoplasmidtransferodegradativesecretionsotoxinproductionoadherencefactorsadaptationtophysicalorchemicalaspectsoftheenvironmentopHoosmolarityolightqualitycomplexdevelopmentalpathwaysosporulationofruitingbodydevelopmentoswarmercellproductionAsinglecellmayhavemanytwo-componentsystemsE.coli178信号蛋白中,62参与了双组分系统26histidinekinases(PSI-BLASTsearchofE.coligenomeforsignaltransmitters)36responseregulators(PSI-BLASTsearchofE.coligenomeforsignalreceivers)in10sub-families(families&functions)整个信号转导过程只由两个组分(HPK和RR)即可完成，是一典型的、最简单的TCSTS。需要强调的是，随着研究的广泛深入，发现TCSTS并非想象中的那么简单，在一些条件下，可能不止一个HPK或RR参与了一种信号的转导；而在一个菌细胞中也可能有多种二元系统存在，来感应或转导不同的信息。受体复合体主要由细胞膜上的4个可甲基化趋化蛋白（methyl-acceptingchemotaxisproteinsorMCPs）,组氨酸激酶CheA、连接蛋白CheW组成.当诱导物结合时促进从顺时针（clockwisesignalling[CWS]）向逆时针转变（counter-clockwisesignalling[CCWS]）没有诱导物时，CheA自身磷酸化，将P传递给调节蛋白CheY，Y的Asp57磷酸化导致和A的亲和力下降提高了与FliM蛋白的亲和力，两者的相互作用增加了鞭毛CW旋转。CheZ可以促进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产物的高亲和位点ompC基因有ompR产物的低亲和位点低渗透压时，ompR基因产物少，只结合高亲和位点，ompF基因表达量升高；高渗透压时，ompR基因产物多，可结合低亲和位点，与ompC基因结合，双向转录，促使ompC基因表达量升高外，反向转录生成micFRNA可与ompF的mRNA结合，阻碍翻译。RegulationofTranslationbyAntisenseRNAFig.B3TheinitiationofsporulationisgovernedinpartbytheactivitiesoftwospatiallyseparatedsigmafactorsTheactivationofsigmaFisaccomplishedthroughaphosphorelaysystem磷酸盐吸收Theadenylylation/deadenylylationcyclethatcontrolstheactivityofglutaminesynthetase.腺苷脱腺苷控制谷氨酰胺合成酶（GS）活性。氮信号被腺（尿）苷酰转移酶（ATase或UTase）识别。低氮激活UTase，尿苷酰化的PII协助ATase对GS-AMP去腺苷酰化。细菌群体感应抗生素诱细菌SOS反应SOS反应诱导错误倾向的DNA复制，大大提高碱基自发突变率，导致产生多重抗生素耐药性；SOS反应通过诱导整合子重组，促进溶源性噬菌体的裂解，加速了耐药基因在细菌间的水平转移[18]。另外，SOS反应诱导蛋白可以提高细菌对抗生素的耐药性，比如链球菌（Streptococcuspneumoniae）热休克蛋白ClpL的诱导表达可以增强链球菌对青霉素的耐药性。KohanskiMA,2010四种常用抗生素对大肠杆菌SOS反应的诱导细菌的SOS反应意义•是细菌的一种普遍而又重要的信号传递系统,也是一个基因表达的调节系统•理论意义就在于阐明了细菌对环境变化做出反应的基本过程,为深化细菌行为、生态、生理生化研究奠定了基础•二元信号传递的作用对象是那些赋予细菌具有特殊功能、行为的基因。例如土壤杆菌毒性基因、盐杆细菌趋化性基因、假单胞菌和欧文氏菌中的hrp基因(过敏性反应基因)。与细菌鞭毛运动特性有关的基因及粘细菌的滑动及其产孢基因。另外还有固氮、磷的调控及芽孢形成基因等等。本节内容总结