大肠杆菌趋化性信号转导通路中甲基转移酶CheR与丝氨酸受体Tsr间的互作机制
批准号:
32100029
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
高群
依托单位:
学科分类:
微生物生理与生化
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
高群
中文摘要
趋化性是细菌感知胞外刺激、适应环境的重要行为,在多类生物进程中都发挥关键作用。大肠杆菌趋化性信号转导通路是细菌跨膜信号转导的典型研究模型,其甲基转移酶CheR能甲基化修饰受体,降低受体对刺激物的敏感性。近期研究发现CheR还具有效果相反于甲基化修饰受体的新功能,CheR通过与Tsr受体相互作用来增强受体对刺激物的敏感性。然而,CheR与Tsr受体间是如何通过相互作用影响受体甲基化修饰及信号转导状态等科学问题尚未解决。本项目将结合随机突变、化学交联、免疫印迹、荧光共振能量转移等遗传学、生理和生化的方法,定位CheR与Tsr受体间互作的关键位点,解析关键位点在CheR的两种功能及改变Tsr受体信号转导状态中的作用。本项目的完成将揭示CheR与Tsr受体间的互作机制,为大肠杆菌趋化性信号转导研究提供新的视角,对解析细菌趋化性和跨膜信号转导机制具有重要的科学意义。
英文摘要
Chemotaxis is the behavior that enables bacteria to sense the extracellular environment and adapt to the environment through transmembrane signal transduction. It plays a key role in many different types of biological processes. Escherichia coli chemotactic signal transduction pathway is the model system for studying transmembrane signal transduction. The methyl transferease CheR can modify receptor proteins by methylation, which results in reducing receptor sensitivity to stimuli. A recent study has found that CheR also has a new function opposite to the effect of methylation modification: CheR interacts with Tsr receptor to enhance the sensitivity of Tsr receptor to stimuli. Key scientific questions such as how CheR and Tsr receptor interact with each other to affect the methylation modification and signal transduction status of the receptor remain to be resolved. This project will combine genetic, physiological and biochemical methods such as random mutagenesis, cysteine cross-linking, immunoblotting, Förster Resonance Energy Transfer to identify key amino acid residues on CheR and Tsr receptor that are critical for the functional interaction, and analyze the roles of each key residue in the two CheR functions and Tsr signal transduction processes. The completion of this project will reveal the molecular mechanism of functional interaction between CheR and Tsr receptor, shed new lights on understanding E. coli chemotaxis signal transduction, and provide important scientific perspectives on bacterial chemotaxis and molecular mechanisms of transmembrane signaling.
趋化性是细菌感知胞外刺激并适应环境的重要行为,在多类生物进程中发挥重要作用。大肠杆菌趋化性信号转导通路是研究细菌跨膜信号转导的典型研究模型,其中的甲基转移酶CheR可以通过甲基化修饰受体调节受体状态,除了甲基化修饰受体降低受体敏感性外, CheR还具有效果相反于甲基化修饰受体的新功能,CheR通过与Tsr受体相互作用来增强受体对刺激物的敏感性。本研究探讨了甲基转移酶CheR与丝氨酸受体Tsr之间的相互作用机制,重点分析了甲基转移酶CheR在增强受体敏感性方面的独特功能。研究发现,CheR在与丝氨酸受体Tsr结合时,除了进行甲基化修饰外,还显著增强受体对外界引诱剂的敏感性,这一特点仅在Tsr中存在,而天冬氨酸受体Tar不具有此功能。通过互换Tsr和Tar的三个主要结构域,发现Tsr的MH结构域是影响CheR反向增强受体敏感性的关键区域。进一步分析CheR的晶体结构,利用丙氨酸替换突变的方法筛选出具有甲基化修饰缺陷同时增强受体敏感性的 CheR 突变株,发现其上的第98位精氨酸是影响两者结合的重要位点,CheR的信号转导功能与其甲基化修饰功能密切相关,不能完全割裂。通过对Tsr和Tar中关键氨基酸位点的替换实验,发现Tsr的第492位谷氨酸与Tar的第490 位谷氨酰胺之间的差异对CheR增强受体敏感性的功能有重要影响,而电荷特性和侧链长度对该功能的影响较小。该研究为进一步理解CheR与受体的相互作用及其机制提供了新的见解。
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