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一种核苷转移酶毒素通过失活tRNA受体臂抑制结核分枝杆菌的生长

已有 521 次阅读 2020-8-31 12:31 |个人分类:读后感|系统分类:论文交流| 核苷转移酶毒素, tRNA受体臂, 结核分枝杆菌

 

一种核苷转移酶毒素通过失活tRNA受体臂抑制结核分枝杆菌的生长

本文为读后感,原文见文后,读后感作者朱凯祥

毒素-抗毒素系统是一种细菌中广泛存在的响应胁迫的应答原件,目前依然有很多毒素-抗毒素的功能未知。这篇文章中,研究人员在结核分枝杆菌中发现了4个DUF1814家族的类核苷酸转移酶毒素(MenT1-4),并分别解析了MenT3和MenT4的晶体学结构,功能研究发现MenT3通过在tRNAser 的3’-CCA受体臂末端添加嘧啶,从而抑制蛋白翻译。具体研究结果如下:

 

 

 


作者先在耻垢分枝杆菌以及大肠杆菌中分别过表达4对DUF1814家族的毒素蛋白以及对应的抗毒素,毒性实验发现MenT3拥有最强的毒性。接着作者在结核分枝杆菌H37Rv中构建了MenT3-MenA3的敲除菌株,毒性实验证明MenT3-MenA3在结核分枝杆菌中确实发挥着毒素-抗毒素系统的功能。体内共纯化实验说明MenT3与MenA3之间存在相互作用,但不能判断这种相互作用是直接的还是间接的。

 

 

 


为了去理解MenT3的功能机制,作者这里解析了MenT3 1.6 Å晶体结构,结构显示MenT3是一种单分子双叶球状蛋白,通过一个短链连接两个半球。表面静电分布显示正电荷分布的凹穴构成活性中心,包含毒性所需的D80、K189和D211残基。作者这里也同时解析了MenT4 1.2 Å的晶体结构,并且它的结构与MenT3相似,但又不完全一样。

接下来作者通过文库筛选在大肠杆菌中筛到了rph基因,编码磷酸盐依赖的核糖核酸酶(RNase PH),其能够抑制MenT3毒性。RNase PH能够移除tRNA 3’-CCA下游的核苷酸,与tRNA的氨酰化有关。通过RNase PH与MenT3的这种关系,因此作者这里猜测MenT3通过直接作用在tRNA的3’-末端,从而抑制翻译过程,可能与tRNA是否负载有关。体外转录/翻译实验证明MenT3可以影响二氢叶酸还原酶DHFR的产生。Northern blot检测发现MenT3可以影响tRNATrp的氨酰化,支持了毒素通过阻止tRNA的氨基酰化来抑制蛋白合成的假设。

 

 

 


 

 

 


为了验证MenT3的核苷转移酶活性,作者这里使用了同位素标记的tRNA去追踪被MenT3转移的核苷酸。在高浓度的酶作用下,作者发现在CTP或UTP存在的情况下,MenT3可以向大肠杆菌tRNATrp添加2 - 3个核苷酸,对CTP有轻微的偏好,这表明MenT3是嘧啶特异性的NTase。D80A突变体活性完全散失,而K189A在UTP存在情况下散失活性,而在CTP存在时保留了部分活性,暗示其可能与底物选择有关。接下来,作者用同位素标记法对结核分枝杆菌中的45种不同tRNA进行了标记,体外实验发现MenT3偏爱修饰tRNAser,对tRNALeu5有轻微修饰,说明在体外毒素对底物tRNA的选择具有高度特异性,这可能解释了在不同的细菌中毒性的强弱不同。

 

 

 

 


原文标题:A nucleotidyltransferase toxin inhibits growth of Mycobacterium tuberculosis through inactivation of tRNA acceptor stems

原文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/31/eabb6651.full



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