耐辐射奇球菌毒素-抗毒素系统MazEF-dr在DNA损伤胁迫响应和调控中的作用机制
批准号:
31870025
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
田兵
依托单位:
学科分类:
微生物组学与代谢
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
李涛、戴商、李九龙、翁雨岚、金叶、罗宇霞、庞仁江、蔡建玲
中文摘要
耐辐射奇球菌(DR)是一种能够忍受强烈电离辐射、化学诱变剂等DNA损伤剂压力的微生物,DNA损伤胁迫能引起基因表达水平变化并导致部分细胞凋亡等生理行为调控,DNA损伤胁迫响应和调控系统在其超强生存能力中起着重要作用。申请人前期研究发现了DR菌具有特殊RNA序列作用偏好性的毒素-抗毒素系统MazEF-dr,MazEF-dr突变能够解除菌体在DNA损伤胁迫下的细胞凋亡行为,表明MazEF-dr可能通过毒素MazF-dr识别和降解RNA功能参与了胁迫响应和行为调控。目前MazEF-dr的压力胁迫诱导和调控机制尚不清楚。本课题计划在前期研究基础上,研究并揭示MazEF-dr的DNA损伤胁迫诱导作用与条件、胞内作用靶点和调控等分子机制,阐明MazEF-dr在菌体压力胁迫响应和生理行为调控中的作用规律,旨在揭示耐辐射奇球菌应对DNA损伤胁迫的作用机制,为深入了解菌体极端环境生存机理提供基础和新的见解。
英文摘要
Deinococcus radiodurans (DR) is a bacterium which is known for its tolerance to extreme DNA damage stress including irradiation and chemical mutagens. DNA damage agents can induce changes of gene expression level and physiological behaviors including apoptosis of a fraction of cells. DNA damage stress-response and regulation system plays important roles in its exceptional survival under stresses. Our previous results identified the toxin-antitoxin system MazEF-dr with special sequence-preference on RNAs in D. radiodurans. Gene mutation of MazEF-dr relieved the apoptosis of D. radiodurans under DNA damage stress, indicating that the MazEF-dr was involved in the stress-response and physiological regulation through the recognition and cleavage on RNA by its toxin MazF-dr. The molecular mechanism of induction and regulation of MazEF-dr under DNA damage stress remains unclear. Based on our previous study, we plan to investigate the molecular mechanism including DNA damage stress-induction and conditions, cellular targets and regulation of MazEF-dr using biochemical and molecular biological methods. The objectives of this project are to elucidate the function mechanism of MazEF-dr in the DNA damage stress-response and physiological regulation and reveal the response mechanism of D. radiodurans to DNA damage stress. The results will provide fundament and novel insights to understanding the survival of D. radiodurans under extreme stresses.
耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans, DR)是一种能够耐受电离辐射、氧化剂和化学诱变剂等DNA损伤胁迫压力的微生物,研究DR菌如何应对胁迫压力及其调控机制,对解释DR菌极强的生存能力具有重要意义。本项目围绕DR菌毒素-抗毒素系统MazEF-dr与DNA损伤胁迫响应的关系和调控机制,利用生化和分子生物学等手段研究了MazEF-dr的DNA损伤胁迫诱导作用与特性、胞内作用靶点和调控等分子机制,研究发现较高的亚致死剂量损伤胁迫压力条件能够引起胞内铁离子含量和活性氧(ROS)水平显著增加和细胞凋亡等生理行为,而MazEF-dr突变解除了这种效应,表明了压力胁迫的剂量与MazEF-dr诱导作用的相关性和条件;研究了参与激活MazEF-dr系统的蛋白酶及其上游(p)ppGpp等调控途径和动态过程。分析鉴定了MazEF-dr作用的胞内靶点和功能,其中铁离子转运相关的Feo在过氧化氢处理后转录水平上调,表明Feo通过胞内金属离子水平调节参与了胁迫压力响应。分析了MazF-dr结构域和关键功能位点,MazF-dr蛋白结构中的β1-β2 loop有明显偏移,位于二聚体界面的β1-β2 loop以类似“锁”的结构存在,这与大肠杆菌MazF同源物具有较灵活性的loop不同,可能是MazF-dr底物偏好性不同于大肠杆菌MazF的重要原因,而且N端Loop区域的谷氨酸Glu24是MazF-dr的关键功能位点。MazEF-dr系统与调控因子PprI、DqsR在损伤胁迫响应中存在关联。阐明了MazEF-dr在菌体压力胁迫响应和调控中的作用规律,研究成果为深入了解耐辐射奇球菌极端环境生存机理提供了基础,相关抗逆资源为耐辐射奇球菌在环境修复等领域的应用提供了借鉴。
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Colonized extremophile Deinococcus radiodurans alleviates toxicity of cadmium and lead by suppressing heavy metal accumulation and improving antioxidant system in rice
定植的极端微生物耐辐射奇球菌通过抑制重金属积累和改善水稻抗氧化系统来减轻镉和铅的毒性
DOI:
10.1016/j.envpol.2021.117127
发表时间:
2021-04-20
期刊:
ENVIRONMENTAL POLLUTION
影响因子:
8.9
作者:
[Dai, Shang, Chen, Qi, Tian, Bing]
通讯作者:
Tian, Bing
Functionalized Gold and Silver Bimetallic Nanoparticles Using Deinococcus radiodurans Protein Extract Mediate Degradation of Toxic Dye Malachite Green
使用耐辐射奇球菌蛋白提取物的功能化金银双金属纳米颗粒介导有毒染料孔雀石绿的降解
DOI:
10.2147/ijn.s236683
发表时间:
2020-03
期刊:
International Journal of Nanomedicine
影响因子:
8
作者:
[Yulan Weng, Jiulong Li, Xingcheng Ding, Binqiang Wang, Shang Dai, Yulong Zhou, Renjiang Pang, Ye Zhao, Hong Xu, Bing Tian, Yuejin Hua]
通讯作者:
Yuejin Hua
Dynamic Polyphosphate Metabolism Coordinating with Manganese Ions Defends against Oxidative Stress in the Extreme Bacterium Deinococcus radiodurans
与锰离子协调的动态多磷酸代谢可抵抗极端细菌耐辐射球菌的氧化应激
DOI:
10.1128/aem.02785-20
发表时间:
2021-04-01
期刊:
APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
影响因子:
4.4
作者:
[Dai, Shang, Xie, Zhenming, Tian, Bing]
通讯作者:
Tian, Bing
MazEF Toxin-Antitoxin System-Mediated DNA Damage Stress Response in Deinococcus radiodurans.
MazEF 毒素-抗毒素系统介导的耐辐射奇球菌 DNA 损伤应激反应
DOI:
10.3389/fgene.2021.632423
发表时间:
2021
期刊:
Frontiers in genetics
影响因子:
3.7
作者:
[Dai J, Chen Z, Hou J, Wang Y, Guo M, Cao J, Wang L, Xu H, Tian B, Zhao Y]
通讯作者:
Zhao Y
Distinct lipid membrane interaction and uptake of differentially charged nanoplastics in bacteria.
细菌中不同的脂质膜相互作用和不同电荷纳米塑料的吸收
DOI:
10.1186/s12951-022-01321-z
发表时间:
2022-04-15
期刊:
JOURNAL OF NANOBIOTECHNOLOGY
影响因子:
10.2
作者:
[Dai, Shang, Ye, Rui, Huang, Jianxiang, Wang, Binqiang, Xie, Zhenming, Ou, Xinwen, Yu, Ning, Huang, Cheng, Hua, Yuejin, Zhou, Ruhong, Tian, Bing]
通讯作者:
Tian, Bing
共 6 条
耐辐射奇球菌锰离子-磷酸盐协同转运蛋白及其调控系统在氧化胁迫响应和抗性中的作用机制
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批准号:32170028
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项目类别:面上项目
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资助金额:58万元
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批准年份:2021
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负责人:田兵
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依托单位:
耐辐射奇球菌群体感应调控因子DqsR参与氧化胁迫抗性基因调控的分子机制
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批准号:31670083
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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:2016
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负责人:田兵
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依托单位:
耐辐射奇球菌表面S层蛋白的生化功能及其在吸附转化重金属中的作用机制研究
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批准号:31370119
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项目类别:面上项目
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资助金额:78.0万元
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批准年份:2013
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负责人:田兵
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依托单位:
耐辐射奇球菌类胡萝卜素结合蛋白的生化功能及其表达调控研究
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批准号:31170079
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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:田兵
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依托单位:
耐辐射奇球菌活性氧信号感受与调控因子OxyR和SoxR作用机制的研究
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批准号:30870035
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2008
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负责人:田兵
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依托单位:
耐辐射奇球菌类胡萝卜素合成酶的辐照调控机制研究
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批准号:30670026
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2006
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负责人:田兵
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依托单位:
耐辐射奇球菌类胡萝卜素的合成相关基因及其辐射抗性机理研究
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批准号:30500008
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:8.0万元
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批准年份:2005
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负责人:田兵
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依托单位:
国内基金
海外基金