科研进展|上科大物质学院季泉江课题组揭示细菌细胞壁回收调控机制

时间:2022-07-04浏览:15设置

细菌的正常生长需要多种营养物质,在细菌生长、伸长及分裂的全过程中,约有40-50%的细胞壁组分被回收以用于产生这些营养物质。在营养缺乏的情况下,细菌对细胞壁回收过程更为依赖。在大肠杆菌这一革兰氏阴性菌中,细胞壁的回收过程十分复杂,需要多种酶协同参与。在细胞壁组分N-乙酰胞壁酸(MurNAc)的代谢通路中,转录抑制蛋白MurR调控通道蛋白MurP及酯酶MurQ的表达,但这一通路的分子机制及影响因素仍不明确。

先前研究表明,在大肠杆菌的细胞壁回收过程中,通道蛋白MurP将细胞外的细胞壁碎片N-乙酰胞壁酸(MurNAc)转运至细胞内,生成N-乙酰胞壁酸-6-磷酸(MurNAc-6-P)。随后,酯酶MurQMurNAc-6-P进行切割,生成D-乳酸和N-乙酰葡糖胺-6-磷酸GlcNAc-6-P),参与中心代谢及新的细胞壁合成。

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1:大肠杆菌细胞壁回收过程中相关糖类化合物的代谢示意图


      近日,上海科技大学物质科学与技术学院季泉江课题组与上海交通大学张书宇课题组合作,在《核酸研究》(Nucleic Acids Research)杂志发表题为“Molecular basis for cell-wall recycling regulation by transcriptional repressor MurR in Escherichia coli”的研究论文,揭示了转录因子MurR精准调控细菌细胞壁回收的分子机制,阐明了两种细胞壁代谢产物MurNAc-6-P和GlcNAc-6-P在MurR调控过程中的不同分子机制。


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作为RpiR/AlsR家族中的一种转录调控因子,MurR在代谢细胞壁回收产物中具有重要作用。在营养缺乏的条件下,MurR的缺失更利于细菌的生长。MurR蛋白具有两个结构域,一个结合DNA,一个结合信号分子。MurR特异性结合其启动子DNA序列后会形成MurR/DNA复合物。

研究人员发现,MurR与两种细胞壁代谢产物MurNAc-6-P、GlcNAc-6-P都存在较强的结合能力。但信号分子MurNAc-6-P对MurR/DNA复合物的解离作用更为明显。

进一步对比MurR裸蛋白及MurR/ MurNAc-6-P、MurR/ GlcNAc-6-P复合物的晶体结构可发现,两套复合物结构的整体构象几乎一致,而裸蛋白与复合物中MurR的结构则存在明显差异,这一结构变化可能有利于配体与蛋白更好地结合。研究进一步发现,MurR与信号分子间形成了三种作用力。相比之下,MurR与MurNAc-6-P的相互作用更为紧密。研究还验证了参与氢键相互作用的氨基酸在MurR调控基因表达过程中的关键作用。本工作为后续研究RpiR/AlsR家族蛋白提供了性质与结构等方面的重要信息。

  

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2:MurR/ MurNAc-6-PMurR/ GlcNAc-6-P复合物结构中的具体相互作用


      季泉江组2019级博士生张雅、副研究员陈未中以及上海交通大学博士后吴迪为本文的共同第一作者,上海科技大学季泉江教授和上海交通大学张书宇教授为本文的共同通讯作者,上海科技大学为论文的第一完成单位。该研究得到了国家自然科学基金委、上海市科学技术委员会、临港实验室等项目的支持。


论文链接:(或点击下方↓ ↓“阅读原文”)

https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkac442/6595285


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