谷氨酸棒杆菌anti-σ因子CseE及其突变体与σ因子SigE的相互作用分析

摘要

【目的】谷氨酸棒杆菌是重要的氨基酸生产菌株,本研究针对SigE与ZAS家族蛋白CseE相互作用机制进行探索研究,重点分析CseE突变体影响与SigE结合能力的机制。【方法】本研究选择谷氨酸棒杆菌ATCC 13032来源的SigE和CseE蛋白为研究目标,利用遗传学方法获得过表达的重组谷氨酸棒杆菌,通过RT-qPCR研究SigE调控sigE和cseE的转录情况。同时,利用ITC和His pull-down实验验证ZAS家族的CseE蛋白与Zn^(2+)及SigE的结合情况。之后对CseE蛋白进行功能域分析、多序列比对,研究功能域关键氨基酸位点对SigE结合能力的影响。其次对SigE和CseE蛋白进行分子对接和动力学模拟,分析关键氨基酸影响其结合的机制。【结果】谷氨酸棒杆菌SigE调控基因sigE和cseE的转录并且其活性受CseE蛋白控制。CseE蛋白为ZAS家族蛋白,具有Zn^(2+)结合能力。CseE_(His83A)、CseE_(cys87A)和CseE_(cys90A)突变体不会影响与SigE的结合能力,而CseE_(C87A-C90A)和CseE_(His83A-C87A-C90A)突变体与SigE的结合能力略有下降。分子动力学模拟发现SigE-CseE_(C87A-C90A)和SigE-CseE_(His83A-C87A-C90A)之间的结合能量为−17.23 kcal/mol和−14.06 kcal/mol,分别比未突变体系结合能量降低22.8%及36.9%。【结论】谷氨酸棒杆菌SigE通过聚集RNA聚合酶来调控基因sigE和cseE的表达。CseE蛋白属于ZAS家族,具有Zn^(2+)结合能力同时通过与SigE蛋白互作来抑制SigE活性。CseE_(C87A-C90A)及CseE_(His83A-C87A-C90A)突变体能影响与SigE结合的能力,减弱对SigE活性的控制。本研究产生的三维结构和确定的氨基酸关键位点为后续探索谷氨酸棒杆菌SigE和CseE响应环境压力机制提供了理论基础。