细菌双组分调节系统TwoComponentRegulatorySystem

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.根本所有细菌都有:1%ofgenome2.有信号识别和传导〔激酶〕两局部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。反响调节因子(RR)迄今已发现有400多种RR，同源性分析结果说明，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，接收区那么通过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，大肠杆菌反响调节因子CheB的作用是使趋化受体蛋白(chemotaxis-receptorproteins)发生去甲基化，CheB接收区的磷酸化那么促进该过程的进行[4]The"Two-Component"RegulatorySystem

(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响nutrientacquisitionnitrogenphosphoruscarbonenergymetabolismelectrontransportsystemsuptakeandcatabolicmachineryvirulenceplasmidtransferdegradativesecretionstoxinproductionadherencefactorsadaptationtophysicalorchemicalaspectsoftheenvironmentpHosmolarity

lightqualitycomplexdevelopmentalpathwayssporulation

fruitingbodydevelopmentswarmercellproductionAsinglecellmayhavemanytwo-componentsystems

E.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反响SOS反响诱导错误倾向的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反响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反响诱导蛋白可以提高细菌对抗生素的耐药性，比方链球菌〔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反响的诱导细菌的SOS反响意义是细菌的一种普遍而又重要的信号传递系统,也