c-di-GMP核糖开关Bc1 RNA介导的蜡样芽胞杆菌群细菌趋化性调节新机制

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基本信息

  • 批准号:
    31770087
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0104.微生物遗传与生物合成
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

cyclic di-GMP is a universal and important bacterial second messenger. Its intracellular concentration is controlled through the antagonistic activities of diguanylate cyclases (DGCs) and phosphodiesterases (PDEs). c-di-GMP was found to regulate various important physiological processes in diverse bacteria by binding to a wide variety of protein effectors including kinases or phosphorylases, transcription factors, PilZ domain, MshEN domain, degenerate DGCs or PDEs, or RNA riboswitches. Riboswitches are structured RNAs typically located in the 5’-untranslated regions (5’-UTRs) of mRNAs to regulate expression of downstream genes in response to changing concentrations of their cognate ligands. Bc1 DNA is one of them, residing upstream of the open reading frame of a methyl-accepting chemotaxis protein (McpE), the structure of which is highly conserved in the Bacillus cerues group. MCP forms a complex with the sensor kinase CheA and triggers its autophosphorylation, which then phosphorylates downstream response regulator CheY. Phosphorylated CheY (CheY-P) subsequently binds to a flagellar motor to inhibit its rotation. On the other hand, CheR is another effector responsible for the methylation of MCPs to affect bacterial adaptation. The present study plans to focus on the chemotaxis regulatory mechanism of c-di-GMP/Bc1 RNA/McpE signaling pathway under both in vitro and in vivo conditions. We will use in vitro transcription termination and in-line probing assays to study the interaction between c-di-GMP and Bc1 RNA, as well as the conformation change of Bc1 RNA upon c-di-GMP binding. β-galactosidase and qRT-PCR assays will be used to illustrate the regulatory role of Bc1 RNA to the transcription of mcpE in response to different c-di-GMP levels. Besides McpE, B. thuringiensis BMB171 contains 12 different MCPs which might have cross-talk with McpE signaling pathway. To study the signaling mechanism of McpE, we will first knock out all of these 12 mcp genes (the mutant obtained was named ΔMCP), and then we will knock out Bc1 RNA and mcp gene in ΔMCP respectively, and label flagella with a red fluorescence protein to observe bacterial motility in real time by super-resolution fluorescence microscope to further elucidate the regulatory roles of c-di-GMP/Bc1 RNA/McpE signaling pathway in chemotaxis and motility. We will also study the function of McpE in response to different methylation levels by knocking-out or knocking-down cheR. The study shall reveal a new regulatory mode of c-di-GMP for bacterial chemotaxis and motility and provides an important RNA element for synthetic biology.
c-di-GMP是细菌中广泛存在的第二信使,通过与下游靶标蛋白或核糖开关的结合,调控细菌的多种重要生理功能。在一个甲基受体趋化蛋白McpE mRNA的5’-非翻译区存在一个c-di-GMP的核糖开关Bc1 RNA,这种结构仅存在于蜡样芽胞杆菌群中,且十分保守。本研究拟在苏云金芽胞杆菌BMB171内源性c-di-GMP浓度高、低突变株细胞内及体外研究Bc1对c-di-GMP的响应机制,筛选McpE特异性诱导剂,在敲除其他mcp基因基础上,分别敲除Bc1编码区、mcpE以及MCPs去甲基化蛋白CheR编码基因,通过实时观测荧光蛋白标记的细菌突变株运动规律,揭示c-di-GMP与受体Bc1作用,调控McpE的表达量及甲基化水平,从而影响响应调节子CheY磷酸化,进而调节鞭毛运动的信号通路。本研究不仅揭示一种新的趋化性调控方式,丰富c-di-GMP的调控网络,还为合成生物学提供重要的RNA元件。

结项摘要

蜡样芽胞杆菌群细菌中普遍存在一个核苷类第二信使分子c-di-GMP的RNA受体——c-di-GMP的核糖开关(将其命名为Bc1)。Bc1位于一个甲基受体趋化蛋白MCP (命名为McpE)编码基因转录本的5'-非翻译区,而MCPs与细菌的趋化与运动相关。目前蜡样芽胞杆菌群细菌中c-di-GMP 能否通过Bc1介导调控mcpE的表达而影响细菌运动的机理完全未知。.本研究以苏云金芽胞杆菌BMB171为例,探究了c-di-GMP对Bc1的调控模式。我们发现Bc1-mcpE上游存在活性较高的启动子,Bc1的结构比较复杂,其表达平台含有两个Rho因子非依赖性强终止子T1、T2以及SD序列。Bc1与c-di-GMP的结合方式并不像经典的c-di-GMP核糖开关(如Vc2)那样保守,Bc1主要在转录水平抑制mcpE的表达,该转录抑制与翻译起始无关;Bc1同样具有显著的翻译抑制调控作用。在低、中浓度c-di-GMP条件下主要是Bc1发挥作用允许mcpE表达,而在高浓度c-di-GMP条件下则是另外的调控因子促进mcpE的转录。Bc1、mcpE缺失和mcpE过表达并未显著影响细菌运动性,但mcpE过表达会使细菌生物被膜形成增加。我们发现,McpE胞外配体结合结构域LBD在体外能够与1.25、2.5 mM硫胺素焦磷酸(TPP)直接结合,初步验证TPP为其趋化物质。总之,蜡样芽胞杆菌群中c-di-GMP对核糖开关Bc1和下游基因mcpE的调控机制比目前报道的机制更加复杂,我们揭示了Bc1“双终止”的调控机制,是一种全新的c-di-GMP-核糖开关调控模式,这对于丰富核糖开关调控机制,为合成生物学研究挖掘新的RNA调控元件具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(1)
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专利数量(0)
A c-di-AMP riboswitch controlling kdpFABC operon transcription regulates the potassium transporter system in Bacillus thuringiensis
控制 kdpFABC 操纵子转录的 c-di-AMP 核糖开关调节苏云金芽孢杆菌中的钾转运系统
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  • 发表时间:
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  • 发表时间:
    2019-07-02
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Fu Y;Yu Z;Zhu L;Li Z;Yin W;Shang X;Chou SH;Tan Q;He J
  • 通讯作者:
    He J
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    Zheng Cao;Yu Zhaoqing;Du Cuiying;Gong Yujing;Yin Wen;Li Xinfeng;Li Zhou;Roemling Ute;Chou Shan-Ho;He Jin
  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Jin He

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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