致病微生物鐵代謝途徑關(guān)鍵蛋白質(zhì)SiR與VctP結(jié)構(gòu)與功能的研究.pdf

1、鐵是微生物生長繁殖必不可少的元素，然而，環(huán)境中可溶性鐵的含量遠(yuǎn)不能滿足微生物生長繁殖的需要。哺乳動物為了防御致病微生物的入侵，分泌一些可以螯合鐵離子的蛋白，如乳鐵蛋白和轉(zhuǎn)鐵蛋白來限制環(huán)境中鐵離子。為了能夠在宿主中生長繁殖，經(jīng)過長期的自然進(jìn)化，細(xì)菌也擁有了一整套相應(yīng)的機(jī)制來適應(yīng)這種游離鐵極度匱乏的環(huán)境。對于絕大多數(shù)微生物來說，從機(jī)體中捕獲鐵最強(qiáng)有力的方式就是分泌一種叫做鐵載體(siderophores)的小分子化合物，它是一種比鐵結(jié)合蛋白

2、有著更高親和力的螯合素，從而幫助細(xì)菌與機(jī)體競爭鐵。鐵載體是一種低分子量化合物，根據(jù)其鐵螯合基團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)鐵載體可以分為異羥肟酸、羧酸鹽、鄰苯二酚三種類型，其中，以鄰苯二酚型鐵載體的螯合能力為最強(qiáng)。
　　 結(jié)合分枝桿菌是引起人類結(jié)核病的病原菌。對于致病微生物來說，一方面要攝取鐵來應(yīng)對宿主體內(nèi)鐵極度匱乏的環(huán)境，另一方面又要防止過多的鐵對細(xì)胞造成的氧化損傷。因此，致病微生物需要一整套精細(xì)的鐵代謝調(diào)控系統(tǒng)來維持胞內(nèi)鐵濃度平衡。結(jié)核分枝桿

3、菌合成四種鐵代謝調(diào)控因子。FurA和FurB屬于Fur家族，SirR和IdeR則屬于DtxR家族。IdeR是這四個(gè)成員中的核心調(diào)控蛋白，也是結(jié)構(gòu)和功能研究的最為詳盡的蛋白。但是，結(jié)核分枝桿菌中仍有許多和鐵離子代謝有關(guān)的基因不被其調(diào)控，我們猜測這些基因可能被SirR調(diào)控。在本課題中，我們獲得了SirR的晶體結(jié)構(gòu)，其分辨率為2.4(A)。在SirR的晶體結(jié)構(gòu)中，一個(gè)SirR分子結(jié)合了三個(gè)錳離子，前兩個(gè)錳離子結(jié)合位點(diǎn)在其同源蛋白中是保守的。凝

4、膠過濾層析對蛋白質(zhì)的聚集狀態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，native形式的SirR是二體，而錳離子的加入?yún)s使蛋白質(zhì)由二體變?yōu)閱误w。這一點(diǎn)剛好與該家族的其他蛋白質(zhì)相反:金屬離子依賴的調(diào)控因子與Fe2+，Co2+，Ni2+，Mn2+，Cd2+，和Zn2+等二價(jià)金屬離子結(jié)合后，被其激活，成為功能二體，繼而與其靶DNA結(jié)合，發(fā)揮其負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能。從這一發(fā)現(xiàn)上我們推測，SirR負(fù)責(zé)調(diào)控的下游基因與錳離子的外排或是利用有關(guān)。
　　 霍亂是由霍亂弧菌引起的急性

5、腸道傳染病。霍亂弧菌可以分泌兒茶酚類的鐵載體——弧菌素來獲取環(huán)境中的鐵離子。與此同時(shí)，霍亂弧菌還可以利用腸菌素來獲得鐵，雖然它自身并不合成腸菌素。該鐵載體可以由大腸桿菌等其他致病微生物合成、分泌。周質(zhì)空間結(jié)合蛋白(PBPs)是革蘭氏陰性菌中運(yùn)輸包括鐵載體在內(nèi)的各種營養(yǎng)物質(zhì)的重要運(yùn)輸工具，這些營養(yǎng)物質(zhì)與細(xì)菌的生長、繁殖、致病性息息相關(guān)。VctP是霍亂弧菌中運(yùn)輸弧菌素和腸菌素的重要PBP蛋白。該課題中，我們獲得了VctP的晶體結(jié)構(gòu)，其分辨率

6、為1.7(A)?；【睾湍c菌素與VctP的分子對接模型揭示了二者與VctP相互作用的異同:二者共用一個(gè)結(jié)合口袋;但在腸菌素的分子對接模型中，三個(gè)精氨酸(Arg137，Arg226，Arg270)構(gòu)成的堿性三聯(lián)體通過雜合的靜電相互作用/陽離子—π鍵相互作用來平衡[FeⅢ(Ent)]3-所帶的三個(gè)負(fù)電荷;而在弧菌素的分子對接模型中，Arg137和Arg270則形成一個(gè)堿性二聯(lián)體與[FeⅢ(Vib)]2-直接相互作用來平衡其所帶的兩個(gè)負(fù)電荷。