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科研进展

科研进展
我校发表两篇关于细菌第二信使分子c-di-AMP信号调控系统研究的前沿综述
发布人:发布时间:2020-11-26

 核心提示: 近日,国际期刊FEMS Microbiology Reviews及Nucleic Acids Research上分别发表了由我校生命科学技术学院、农业微生物学国家重点实验室何进教授研究团队所撰写的长篇综述论文,对c-di-AMP信号分子的调控功能研究具有重要指导意义。

 南湖新闻网讯 (通讯员 印文) 近日,国际期刊FEMS Microbiology Reviews及Nucleic Acids Research上分别发表了由我校生命科学技术学院、农业微生物学国家重点实验室何进教授研究团队所撰写的长篇综述论文:“A decade of research on the second messenger c-di-AMP”及“Cyclic di-AMP, a second messenger of primary importance: tertiary structures and binding mechanisms",对c-di-AMP信号分子的调控功能研究具有重要指导意义。

 细菌和古菌之所以具有顽强的生命力,能在地球上绝大多数环境中存活,很大程度上归功于其精良而高效的信号调节系统。这些系统包括趋化性信号响应系统,双组分系统,群体感应系统和第二信使分子调节系统等。其中,环状核苷类第二信使分子调节系统在细菌和古菌信号传导中发挥着非常重要的作用。当细胞表面的受体接收到细胞外信号(可以称为“第一信使”)时,它们可以调节细胞内各种合成酶和/或水解酶的活性,从而改变第二信使分子的浓度。接着,信号受体分子通过感知第二信使分子浓度的变化,迅速调控细胞内相应的代谢途径以适应环境的改变。第二信使通过充当“转换器”或“放大器”的作用,将外界信号转化为细菌和古菌细胞内的信号,通过“内循环”,调节细胞应对各种环境刺激的变化。

 作为核苷类第二信使分子(包括cAMP、cGMP、c-di-AMP、c-di-GMP、c-GAMP、 (p)ppGpp等)中的重要成员,c-di-AMP(环二腺磷酸苷)由两分子的ATP在腺苷酸环化酶的作用下合成,并可被特异性的磷酸二酯酶降解。c-di-AMP通过与特定的蛋白质或核糖开关(riboswitch)受体结合,调节细菌和古菌的多种重要生理功能,如维持细胞渗透平衡、调节中心代谢、检测DNA损伤、影响生物被膜的形成及控制芽胞发育等。同时,c-di-AMP在调控细菌对环境的适应性及诱发动物宿主的免疫反应等方面亦具有极其重要的作用。近十年来,何进教授课题组一直致力于核苷类第二信使分子c-di-AMP、c-di-GMP及(p)ppGpp调控功能研究,并在此领域取得了一系列研究进展。

 

 在11月25日正式出版综述论文“A decade of research on the second messenger c-di-AMP”中,何进教授团队全面地总结了c-di-AMP十多年来的研究进展,归纳了c-di-AMP代谢酶与受体的系统进化及其分布规律,讨论了c-di-AMP与受体结合调控细菌与古菌生理功能的信号通路,发现了c-di-AMP在维持革兰氏阳性细菌细胞渗透平衡中的关键作用等。文章还展望了c-di-AMP信号系统未来的研究方向及发展趋势,如对c-di-AMP区室化效应的揭示,对c-di-AMP转运子的发掘,以及对c-di-AMP信号通路与其他信号系统间的交互作用的探究等。值得一提的是,文章最后的致谢部分特别写到: “This report is dedicated to the 122th anniversary of the Huazhong Agricultural University”,以此献礼华中农业大学122周年校庆。(该文已经于2020年5月30日在线发表)。

 该论文第一作者为生物学博士后流动站印文博士,何进教授为论文通讯作者。美国国家生物技术信息中心Michael Y. Galperin教授及台湾中兴大学教授/我校兼职教授周三和为论文的共同作者。

 此前,何进教授团队与Michael Y. Galperin及周三和教授亦共同在Nucleic Acids Research上发表了题为“Cyclic di-AMP, a second messenger of primary importance: tertiary structures and binding mechanisms”的综述文章。何进教授与印文博士为该论文的共同第一作者,何进教授、Michael Y. Galperin教授及周三和教授为共同通讯作者。该论文主要从结构生物学角度探讨了c-di-AMP不同构型及其与蛋白质和核糖开关(riboswitch)受体产生特殊相互作用的机制:如详细分析了调控c-di-AMP合成和信号传导结构域的三级结构及其与c-di-AMP结合的机制,讨论了c-di-AMP分子与不同蛋白质和核糖开关受体结合的方式及其变化规律,分析了c-di-AMP与其受体蛋白之间的七种非共价的non-covalent–π相互作用方式,比较了c-di-AMP和c-di-GMP与各自受体结合的特点,以及结合方式对细菌不同生理功能的调控机理等。

 

 新型第二信使分子c-di-AMP在微生物学领域中具有令人瞩目的研究前景,以上两篇综述对于c-di-AMP信号分子的调控功能研究具有重要的指导意义。本研究得到了中国国家自然科学基金、华中农业大学中央高校基本科研业务费、中国博士后科学基金及美国NIH Intramural Research Program等基金的资助。

 论文连结:

 https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkaa112/5755886

 https://academic.oup.com/femsre/advance-article/doi/10.1093/femsre/fuaa019/5849004

 审核人:何进