伯豪客戶在權(quán)威期刊發(fā)表DNA磷硫�；揎椦芯啃逻M(jìn)展

瀏覽次數(shù)：1420　發(fā)布日期：2014-12-26　來(lái)源：本站　本站原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處

DNA磷硫酰化修飾依賴的新型限制系統(tǒng)

近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在DNA磷硫�；揎椦芯糠矫嫒〉眯逻M(jìn)展，由德林教授研究小組與美國(guó)麻省理工學(xué)院Peter C. Dedon教授課題組合作，博士生曹博為第一作者，在分子微生物學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《Molecular Microbiology》上發(fā)表研究性論文，揭示了DNA磷硫�；揎椧蕾嚨南拗葡到y(tǒng)的作用機(jī)理，闡明了該限制系統(tǒng)完全不同于傳統(tǒng)的甲基化修飾限制系統(tǒng)多方面作用特征。

背景介紹

　　DNA磷硫酰化修飾是由硫原子取代了DNA磷酸骨架上非橋聯(lián)氧原子，進(jìn)而形成具有序列特異性和空間構(gòu)象專一性的DNA大分子結(jié)構(gòu)。這是表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域近年發(fā)現(xiàn)的一種新型生理修飾現(xiàn)象，它突破了現(xiàn)有的DNA骨架由碳、氫、氧、氮、磷五種元素構(gòu)成的結(jié)論，拓展了經(jīng)典的DNA組成理論，在國(guó)內(nèi)外引起了廣泛關(guān)注。但對(duì)這種修飾的生理功能的研究一直是該領(lǐng)域的一個(gè)挑戰(zhàn)。

　　表觀遺傳學(xué)修飾如DNA甲基化修飾經(jīng)常通過(guò)限制修飾系統(tǒng)，與細(xì)菌的自我防衛(wèi)機(jī)制緊密相關(guān)。所謂“限制修飾系統(tǒng)”是原核生物在進(jìn)化過(guò)程中形成的遺傳信息保護(hù)機(jī)制�！跋拗啤比缤厥獾牡�，而“修飾”好比定制的盾。當(dāng)細(xì)菌被入侵后，外來(lái)的DNA會(huì)被“限制”消滅，自身的DNA由于被“修飾”而得到保護(hù)。經(jīng)典的甲基化限制修飾系統(tǒng)中，一旦“修飾”被破壞，“限制”會(huì)無(wú)節(jié)制地破壞細(xì)菌DNA，最終導(dǎo)致細(xì)菌的死亡。

　　由德林研究小組近期研究證實(shí)，DNA磷硫�；揎梾⑴c了一種新型限制修飾系統(tǒng) (Xu et al, Nucleic Acids Research, 2010, 38(20): 7133-41)。通過(guò)解析含有該限制系統(tǒng)的細(xì)菌基因組磷硫�；揎棃D譜，由德林小組又發(fā)現(xiàn)了其保守修飾序列具有高度部分修飾的現(xiàn)象 (Cao et al, Nature Communication, 2014, 5: 3951)。在傳統(tǒng)的限制系統(tǒng)中，限制酶會(huì)會(huì)對(duì)不含修飾的保守序列進(jìn)行切割，從而造成DNA的斷裂。而在DNA磷硫酰化修飾依賴的限制系統(tǒng)中，只有一部分保守序列發(fā)生了修飾，這就暗示著該限制系統(tǒng)與已知的限制系統(tǒng)具有不同的作用機(jī)制。

結(jié)果分析

研究小組首先探索了 DNA 磷硫�；揎椧蕾嚨南拗葡到y(tǒng)的作用機(jī)理。在含有該限制修飾系統(tǒng)的一株沙門氏菌中，發(fā)現(xiàn)這一新型限制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的DNA甲基化依賴的限制系統(tǒng)相比，具有多方面不同的特征。首先，磷硫�；揎椈蛉笔蛔冎曛�，限制系統(tǒng)的存在并不具有致死效應(yīng)，而是賦予突變株多種表型變化：多種不可溶蛋白在液體培養(yǎng)基中積累，其中包括核糖體蛋白、DNA 修復(fù)蛋白、膜蛋白等；菌落形態(tài)異常；生長(zhǎng)緩慢；細(xì)胞分裂障礙；細(xì)胞膜損傷等。雖然DNA 磷硫�；揎椈蛉笔蛔冎曛�，限制系統(tǒng)不具有致死效應(yīng)，但是野生型菌株中限制基因的表達(dá)是受到嚴(yán)格調(diào)控的，因?yàn)橄拗苹虻倪^(guò)量表達(dá)對(duì)含有修飾的宿主具有致死性。

揭示了該限制系統(tǒng)對(duì)修飾缺失宿主的表型影響之后，研究小組進(jìn)一步利用基因芯片技術(shù)分析了限制酶對(duì)該宿主的基因組轉(zhuǎn)錄譜的影響（本課題中Agilent基因芯片分析基因組轉(zhuǎn)錄譜服務(wù)由上海伯豪生物技術(shù)有限公司提供）�；蛐酒芯啃揎椈蛉笔蛔冎甑幕蚪M轉(zhuǎn)錄譜發(fā)現(xiàn)，共有600多個(gè)基因與野生型相比發(fā)生明顯變化，其中主要為上調(diào)基因，包括細(xì)菌噬菌體基因、DNA 損傷修復(fù)系統(tǒng)、SOS 應(yīng)激反應(yīng)系統(tǒng)等。這些基因編碼的功能與宿主所呈現(xiàn)的異常生理表型非常吻合。其中，基因芯片揭示的DNA 損傷修復(fù)系統(tǒng)、SOS 應(yīng)激反應(yīng)系統(tǒng)的啟動(dòng)，暗示了菌株中DNA損傷的發(fā)生。

最后，TUNEL實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到修飾基因缺失突變株中，限制基因?qū)е铝思?xì)胞內(nèi)DNA斷裂損傷的出現(xiàn)，與基因芯片結(jié)果相符。此外，體外實(shí)驗(yàn)證明，組成限制系統(tǒng)的3個(gè)蛋白系統(tǒng)中，DptF 和 DptH 具有ATP 水解酶活性。以上結(jié)果表明，DNA 磷硫酰化修飾依賴的限制系統(tǒng)的表達(dá)在細(xì)胞內(nèi)是受到嚴(yán)格調(diào)控的，且其限制功能為ATP 依賴的、并以某種方式導(dǎo)致不含修飾的 DNA 發(fā)生斷裂損傷的作用機(jī)理。

該研究不僅拓展了對(duì)DNA磷硫�；揎椀纳砉δ艿恼J(rèn)識(shí)，而且揭示了DNA磷硫酰化修飾依賴的限制系統(tǒng)是完全不同于傳統(tǒng)的限制修飾系統(tǒng)—前者在基因組DNA部分修飾條件下，具有基于DNA斷裂的非致死性的特殊保護(hù)機(jī)制，而后者通常無(wú)法在突變的情況下維持微生物的生存。這一新的發(fā)現(xiàn)加深了人們對(duì)自然界中基因組防御系統(tǒng)多樣性的理解和認(rèn)識(shí)。

原文出處：Bo Cao, Qiuxiang Cheng, Chen Gu, Fen Yao, Michael S. DeMott, Xiaoqing Zheng, Zixin Deng, Peter C. Dedon and Delin You. Pathological phenotypes and in vivo DNA cleavage by unrestrained activity of a phosphorothioate-based restriction system in Salmonella. Molecular Microbiology, 2014, 93 (4): 776-785.

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