合成生物催化剂 摘译自: https://www.pnas.org/content/early/2020/04/27/1916617117

在营养匮乏的压力下,细菌会通过减缓生长及重新分配资源来应答压力并使其适应而生存下来,直到环境好转为止。细菌发出压力信号的主要方式之一是通过产生第二信使-警报核苷酸ppGpppppGpp,统称为(p)ppGpp(p)ppGpp是由细菌的RelA-SpoT Homolog (RSH)酶合成。单域小型警报蛋白合成酶(small alarmone synthetases ,SAS)是RSH家族成员,包含(p)ppGpp合成域,但缺少长RSH具有的水解域和C末端调控域(例如RelRelASpoT)研究发现细菌经常在同一基因组中携带多个(p)ppGpp合成酶RSH,但对这些RSH酶未进行深入研究。最近发表在《PNAS》的“A widespread toxinantitoxin system exploiting growth control via alarmone signaling”详细研究了5SAS的功能。

研究者基于Hidden Markov Model(HMM)方法确定了24072个基因组中的RSHs蛋白并进行分类,其中确定了30SASs亚家族11SAHs亚家族和13个长RSHs亚家族蛋白。研究者再通过电脑工具FlaGsSASs亚家族进行基因序列分析,发现多个SASs亚家族是由保守的双顺反子操纵子结构基因编码,这使人联想到毒素-抗毒素(TA)操纵子中常见的结构。研究进一步验证了其中5SASs具有毒性(称为 toxSAS),并利用毒性中和实验证明其毒性可被六个相邻抗毒素基因的蛋白质产物中和。通过TLCHPLC分别定性及定量实验表明 Cellulomonas marina toxSAS FaRel的毒性是由警报素ppGppppApp的积累以及细胞内GTP和ATP的相关消耗而介导的,并被其含水解域的抗毒素蛋白所抵消。研究还表明ToxSAS-antiToxSAS系统具有特异性,即ToxSAS只能被其相邻的antiToxSAS中和。

此研究发现并验证(p)ppGpp合成酶SASs是一种广泛的TA系统。toxSAS系统及其武器核苷酸第二信使,为串扰TA系统与报警器介导的严谨应答之间的热烈讨论和有争议的话题提供了新的视角。

Figure. Conservation of gene neighborhood and maximum likelihood phylogenetic analysis of tested SAS proteins.

(杨萍 摘译)


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