霍乱弧菌调控蛋白VqmA的分子机制及小分子设计研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 吴海 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 何建华 |
| 关键词 | 霍乱弧菌 群体感应 VqmA复合物 晶体结构 DNA结合机制 |
| 英文摘要 | 随着细菌耐药性现象的日益凸显,由耐药菌引发的感染对人类健康构成了严重威胁。针对群体感应系统的关键调控蛋白开发的抑制剂,能够抑制致病菌的生物膜形成,从而削弱致病菌对抗生素的抵抗能力,一直以来都是抗菌治疗的研究热点。群体感应是细菌利用信号分子进行细胞间信息交流的通信系统,它可以帮助细菌监测种群的繁殖密度,并根据环境的变化调整自身的生理状态。近年来,已有部分天然的群体感应抑制剂和合成的类似物被证明能在动物和植物模型中减弱细菌疾病,有望用于下一代抗菌药物的开发。霍乱弧菌是引起人类腹泻疾病霍乱的病原体,其致病能力主要是依靠霍乱毒素和毒素共调菌毛实现的。研究表明,霍乱毒素和毒素共调菌毛等毒力因子受到群体感应系统的调控,并且3,5-二甲基吡嗪-2-醇(DPO)作为弧菌属的负调节信号分子,能够通过VqmA和VqmR介导的信号通路,从而抑制霍乱弧菌的生物膜形成和毒力基因的表达。VqmA是一种普遍存在于弧菌属细菌的细胞质中的LuxR型转录因子受体,在调控霍乱弧菌致病性的过程中起重要作用。此外,由于VqmA在弧菌属中是高度保守的,所以VqmA靶点或许也可以作为其他致病性弧菌的药物靶点。然而,没有VqmA与DPO的复合物结构,难以探究它们相互结合的分子机制。因此,我们希望解析DPO与靶点VqmA的复合物结构,为DPO的分子改造提供结构模型,从而能够更高效地设计针对VqmA靶点的抑菌剂。本研究的主要研究内容如下:1.基于生物信息学分析结果,我们利用原核表达体系获得了重组VqmA蛋白,并首次解析了2.51(?)分辨率VqmA-DPO-DNA复合物和1.75(?)分辨率VqmA-DPO复合物的晶体结构。由此,VqmA成为了LuxR型家族中目前唯一解析了与DNA结合和不与DNA结合两种构象结构的蛋白。2.基于两个复合物晶体结构,我们证实了配体结合口袋内的水分子、Phe67和Lys101在DPO的识别和结合过程中起着关键作用,同时DPO的稳定结合也需要Tyr36和Phe99残基的辅助,从而揭示了VqmA与DPO的结合模式。3.基于VqmA-DPO-DNA复合物结构,我们观察到VqmA二聚体通过α8螺旋与ds DNA的大沟相互作用,并利用Lys185和Glu188残基特异性识别DNA的特定碱基,从而阐述了VqmA与DNA相互作用的分子机制。4.基于两个VqmA复合物结构的比对分析,我们发现了是否结合DNA会影响PAS和DBD结构域之间的连接区的二级结构的变化,并首次观察到并证实了VqmA二聚体中可以形成分子间二硫键;同时,我们利用生化实验证实,是否结合DPO会影响VqmA与DNA结合的稳定性,由此,我们提出了DPO和DNA共同辅助,诱导VqmA的连接区变构的DNA结合模型,有助于我们更深入地了解LuxR家族的转录调控过程。5.基于VqmA与DPO的结合模式,我们对DPO的C3和C5位的甲基进行了替换改造,并以分子对接模拟软件的打分函数为判据,最终获得了DP-1、DP-5、DP-C5-1和DP-C5-3等化合物,它们的预测结合能力均显著高于DPO,为针对弧菌属的小分子抑菌剂设计提供了参考。综上所述,VqmA作为弧菌属的群体感应系统中能够调控细菌生物膜形成和毒力基因表达的调控蛋白,可以作为开发特异性抑菌剂的蛋白靶点。我们解析了VqmA复合物结构,并设计了预测结合能力均显著高于DPO的衍生物。本研究工作能够为后续的基于群体感应的抑菌剂开发提供一些经验,有助于今后更高效地开展抑菌剂研究工作。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33880]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吴海. 霍乱弧菌调控蛋白VqmA的分子机制及小分子设计研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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