异柠檬酸脱氢酶家族中一类结构独特的新型蛋白的性质、结构、功能及进化意义研究
批准号:
32071270
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
朱国萍
依托单位:
学科分类:
蛋白质、多肽与酶生物化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱国萍
中文摘要
异柠檬酸脱氢酶(IDH)是中心代谢中重要看家蛋白,细菌IDH的磷酸化是乙醛酸循环开启的前提,而后者与致病性相关。我们发现IDH家族存在一支未见报道的二聚体NADP-IDH。鲍曼不动杆菌(Ab)等非发酵菌是医院感染的重要病原菌。分析发现虽都是革兰氏阴性细菌,但与大肠杆菌不同,Ab等病原菌都包含了2种NADP-IDH,其中一种就是结构独特的新型二聚体酶(IDH2)。IDH2大都来自病原微生物。因此本项目拟对IDH2进行功能鉴定,解析其晶体结构,揭示其催化机制。进而研究翻译后修饰对IDH2活性的影响,以及对乙醛酸循环开或关的调控。通过比较野生型及IDH2缺失菌株在不同碳源中的生长速率、生物被膜形成结果、细菌毒力、药敏性的差异检测,研究IDH2的生理功能及其在乙酸中具有生长优势的原因,以及揭示IDH的活性、乙醛酸循环的功能性与Ab等非发酵菌耐药性之间的关联。为临床耐药机制研究提供新思路。
英文摘要
Isocitrate dehydrogenase (IDH) is an important housekeeping protein in the central metabolic pathway. Phosphorylation of bacterial IDH is a prerequisite for the initiation of glyoxylate cycle, which is related to the pathogenicity. We found a novel monomeric-like dimeric NADP-IDH in the IDH family. Non-fermentative bacteria such as Acinetobacter baumannii is a primary Gram-negative pathogen in nosocomial infection. Due to the prevalence of the drug resistant A. baumannii, a significant threat has been posed to the clinical anti-infective treatment. Unlike E. coli (a.typical Gram-negative bacteria), A. baumannii and other non-fermentative bacteria encodes two NADP-IDH (AbIDH), one of which stands for this novel dimeric NADP-IDH (IDH2). AbIDH2, together with its counterparts from other important pathogens, group into a new separate clade on the evolutionary tree of IDH protein family. Therefore, this project intends to identify the function of the novel IDH2, determine the crystal structure, and analyze the catalytic mechanism. Furthermore, the effect of post-translational modification on IDH2 activity, and its regulation mechanism on the opening or closing status of the glyoxylate cycle will be explored. Furthermore, the physiological role of IDH2 and the causes for the great growth advantage of A. baumannii on acetate will be announced. The relationships among IDH2 activity, the glyoxylate cycle function and the drug resistance of A. baumannii will be revealed by comparing the growth rate, biofilm formation, bacterial virulence and drug sensitivity of wild-type and IDH2-deficient strains in different carbon sources. This work will provide new strategies for studying the drug resistance mechanism and useful information for clinical treatment.
IDH家族系统发生树中包含一个新的单体型同源二聚体分支,很多临床耐药菌的IDH都在此进化分支中。于是对其中三种耐药菌的6种IDH进行了酶学性质研究,包括最适pH、最适温度、热稳定性、酶动力学参数、金属离子依赖性等,其中铜绿假单胞菌的PaIDH1和鲍曼不动杆菌的AbIDH1是同源二聚体NADP-IDH,PaIDH2和AbIDH2是新进化分支中的酶,均为单体型同源二聚体。接着对铜绿假单胞菌PaIDH1和鲍曼不动杆菌AbIDH1的磷酸化位点进行了鉴定,发现Ser115和Ser113分别是其磷酸化位点。通过辅酶依赖性转换实验,对铜绿假单胞菌PaIDH1和PaIDH2的辅酶结合位点进行了鉴定,实现了2种IDH的辅酶依赖性从NADP+向NAD+的转变,为IDH辅酶依赖性的进化机制提供了更多新证据。解析了单体型同源二聚体NADP+-依赖性的AbIDH2的晶体结构,2个单体型亚基通过盐键或氢键以维持二聚体化状态。通过基因组编辑技术,构建了PaIDH1(idh-1)和PaIDH2(idh-2)基因缺失的铜绿假单胞菌突变菌株,通过比较分析,发现IDH功能的缺失导致铜绿假单胞菌生物被膜产量减少、弹性蛋白酶含量降低、细菌的运动性减弱、无论快杀还是慢杀的秀丽隐杆线虫致死率减低、部分抗生素敏感性升高。转录组和进一步基因组编辑,探讨了IDH缺失导致铜绿假单胞菌致病性降低的分子机制,初步推断PaIDHs主要是通过群体感应rhl系统来实现对其致病性的调控作用。本研究不仅深化了对IDH功能与病原微生物致病性关系的理解,也为后续探索对病原微生物感染的防御或治疗提供了新视角。
海洋微型生物异柠檬酸脱氢酶的功能鉴定及进化机制研究
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批准号:31570010
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2015
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负责人:朱国萍
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依托单位:
细菌NADP-依赖性单体与二聚体异柠檬酸脱氢酶之间的分子进化关系
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批准号:31170005
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:朱国萍
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依托单位:
链霉菌单体异柠檬酸脱氢酶的分子进化机制
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批准号:31040003
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2010
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负责人:朱国萍
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依托单位:
E.coli异柠檬酸脱氢酶分子进化机制的普遍性研究
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批准号:30870062
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项目类别:面上项目
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资助金额:35.0万元
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批准年份:2008
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负责人:朱国萍
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依托单位:
异柠檬酸脱氢酶的分子进化机制及相关代谢途径的研究
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批准号:30500300
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:39.0万元
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批准年份:2005
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负责人:朱国萍
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依托单位:
国内基金
海外基金