大肠杆菌ABC家族药物外排转运体YbhFSR及YddA功能的研究
发布时间：2021-01-15 09:16
ATP-结合盒（ATP-binding cassette,ABC）超家族转运体广泛的分布于细菌、真菌和真核生物体内,能够利用水解ATP产生的能量逆浓度梯度转运从小分子到较大化合物的各种底物。ABC家族转运体是引起人类肿瘤细胞耐药和细菌耐药的一个重要因素。大肠埃希氏菌（Escherichia coli）K-12菌株基因组预测编码11个ABC家族外排转运体,其中,YbhFSR和YddA被推测为药物外排转运体,但其确切功能尚缺乏实验研究。对细菌ABC家族预测药物外排转运体功能的研究对于了解细菌的耐药性乃至解读人类肿瘤的耐药性机制具有重要意义。本研究首先对E.coli YbhFSR和YddA转运体进行系统的生物信息学分析。分析显示,YbhFSR转运体由三个独立的蛋白质YbhF、YbhS和YbhR组成,YbhF蛋白属于ABC家族核苷酸结合结构域,YbhS和YbhR属于ABC家族的跨膜结构域。YddA转运体NH2-端为5个α-螺旋基序构成的跨膜结构域,COOH-端为ABC家族核苷酸结合结构域。为研究YbhFSR和YddA转运进功能,利用Red重组技术分别构建了基因敲除菌株E....
【文章来源】：黑龙江八一农垦大学黑龙江省
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
多种药物转运蛋白的七个家族/超家族的示意图
第二个辅助蛋白是外膜因子(Outer-membrane factor,OMF)或称为外膜通道蛋白。外膜(Outer membrane,OM)通道蛋白在结构上是保守的。它们以稳定的三聚体形式存在,TolC是目前研究的最清楚也是最主要的外膜通道蛋白。通过一个β-桶结构域(β-barrel)插入到外膜,并通过使用其长的螺旋盘绕结构域深深地延伸到周质中。这些结构域共同形成一个横跨外膜并穿过周质的隧道状结构。一些细菌,包括E.coli和其它肠杆菌科细菌,都包含一个外膜通道蛋白TolC,该通道蛋白被多个转运复合物共享[67]。相比之下,与外膜通道相关的内膜转运蛋白在结构和功能上是多种多样的。在E.coli中,外膜通道蛋白在外排中起重要作用,包括抗生素、胆汁盐、有机溶剂、肠杆菌素、抗菌肽以及大蛋白毒素的外排都需要外膜通道蛋白的协助[68,69]。各种内膜转运蛋白和膜辅助蛋白MFP与外膜蛋白TolC相互作用形成三方泵(图1-2,引自文献[70]),并使E.coli能够排出结构多样的分子[5,67,71,72]。
根据辅助因子的类别外排泵可以分为单组分外排泵和多组分外排泵(图1-3,引自文献[73])。在革兰阴性细菌中,单组分外排泵将其底物运输到周质空间。这种单组分外排泵的一个例子是转座子编码的四环素特异性tet(A)外排泵。多组分外排泵(仅在革兰阴性细菌中发现)横穿内膜和外膜[73]。由内膜转运蛋白、周质膜融合蛋白(MFP)与外膜通道蛋白(例如E.coli TolC)三个家族的蛋白质的协同作用完成底物由细胞内到细胞外的完整转运。这三个蛋白质家族成员形成大的多组分的装配体,称为三方泵或三聚体复合物,细菌三方泵的典型代表是E.coli AcrAB-TolC和P.eruginosa MexAB-OprM[35]。三方泵既可以穿过革兰阴性菌的内膜也可以穿过周质和外膜蛋白。所有组件都是运输必不可少的。它们作为一个协调良好的团队共同努力,实现了将底物直接从两层膜直接外排到细胞外的功能。ABC超家族(例如MacB),MATE家族(例如MdtK)[74]甚至MFS家族(例如EmrB)[75](均来自E.coli)的某些成员以这种组织方式运输底物。三方泵直接将药物运输到外部介质中,因此药物的重新进入需要缓慢穿过OM,OM是一种有效的渗透屏障。由于大多数抗生素是相对亲脂性分子,因此三方泵被认为是更为有效的耐药方式[76,77]。在没有辅助蛋白的情况下,某些ABC转运蛋白仍能够进行输出。这就提出了一个有趣的问题:辅助蛋白是否是外排转运体的组成部分?如果辅助因子是外围成分,则即使没有MFP家族蛋白和外膜因子,ABC外排泵的四个核心结构域也应足以促进跨内膜转运(如在NdvA系统中)[77]。相反,在几个系统中辅助因子的缺失会导致底物的细胞质积累。这些结果表明,细菌ABC外排泵有几种功能上不同的类别。一类是存在MFP家族蛋白和外膜因子的情况下进化并变得依赖于所有三个组分以通过革兰阴性细菌的双层膜形成功能性输出复合物。第二类进化为通过单个膜输出分子,并且可以独立于其它因素起作用。但是,迄今为止,尚未证明ABC与辅助因子之间存在物理相互作用,并且还没有确定辅助因子在转运体中的确切地位。
【参考文献】：
期刊论文
[1]牛源IL-6基因克隆与生物信息学分析[J]. 吕亚南,刘静雨,姚竞杰,安志兴,白跃宇,张晓建. 中国畜牧兽医. 2019(11)
[2]微量肉汤稀释法药敏试验的误差分析[J]. 张筝,赵俊杰,李运喜,赵敏,刘焕奇,刘玉庆,吴润. 中国抗生素杂志. 2016(11)
[3]水稻ABCB转运蛋白基因的分子进化和表达分析[J]. 徐杏,邱杰,徐扬,徐辰武. 中国水稻科学. 2012(02)
博士论文
[1]嗜鱼外瓶霉（Exophiala pisciphila）ABC转运蛋白基因与宿主重金属耐性的研究[D]. 曹冠华.云南大学 2017
硕士论文
[1]大肠杆菌K12外排泵及调控基因缺失菌株的构建及其功能的研究[D]. 张传珍.华南农业大学 2016
[2]金铁锁糖基转移酶的克隆与生物信息学分析[D]. 江舟.云南中医学院 2016
本文编号：2978645
【文章来源】：黑龙江八一农垦大学黑龙江省
【文章页数】：171 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
多种药物转运蛋白的七个家族/超家族的示意图
第二个辅助蛋白是外膜因子(Outer-membrane factor,OMF)或称为外膜通道蛋白。外膜(Outer membrane,OM)通道蛋白在结构上是保守的。它们以稳定的三聚体形式存在,TolC是目前研究的最清楚也是最主要的外膜通道蛋白。通过一个β-桶结构域(β-barrel)插入到外膜,并通过使用其长的螺旋盘绕结构域深深地延伸到周质中。这些结构域共同形成一个横跨外膜并穿过周质的隧道状结构。一些细菌,包括E.coli和其它肠杆菌科细菌,都包含一个外膜通道蛋白TolC,该通道蛋白被多个转运复合物共享[67]。相比之下,与外膜通道相关的内膜转运蛋白在结构和功能上是多种多样的。在E.coli中,外膜通道蛋白在外排中起重要作用,包括抗生素、胆汁盐、有机溶剂、肠杆菌素、抗菌肽以及大蛋白毒素的外排都需要外膜通道蛋白的协助[68,69]。各种内膜转运蛋白和膜辅助蛋白MFP与外膜蛋白TolC相互作用形成三方泵(图1-2,引自文献[70]),并使E.coli能够排出结构多样的分子[5,67,71,72]。
根据辅助因子的类别外排泵可以分为单组分外排泵和多组分外排泵(图1-3,引自文献[73])。在革兰阴性细菌中,单组分外排泵将其底物运输到周质空间。这种单组分外排泵的一个例子是转座子编码的四环素特异性tet(A)外排泵。多组分外排泵(仅在革兰阴性细菌中发现)横穿内膜和外膜[73]。由内膜转运蛋白、周质膜融合蛋白(MFP)与外膜通道蛋白(例如E.coli TolC)三个家族的蛋白质的协同作用完成底物由细胞内到细胞外的完整转运。这三个蛋白质家族成员形成大的多组分的装配体,称为三方泵或三聚体复合物,细菌三方泵的典型代表是E.coli AcrAB-TolC和P.eruginosa MexAB-OprM[35]。三方泵既可以穿过革兰阴性菌的内膜也可以穿过周质和外膜蛋白。所有组件都是运输必不可少的。它们作为一个协调良好的团队共同努力,实现了将底物直接从两层膜直接外排到细胞外的功能。ABC超家族(例如MacB),MATE家族(例如MdtK)[74]甚至MFS家族(例如EmrB)[75](均来自E.coli)的某些成员以这种组织方式运输底物。三方泵直接将药物运输到外部介质中,因此药物的重新进入需要缓慢穿过OM,OM是一种有效的渗透屏障。由于大多数抗生素是相对亲脂性分子,因此三方泵被认为是更为有效的耐药方式[76,77]。在没有辅助蛋白的情况下,某些ABC转运蛋白仍能够进行输出。这就提出了一个有趣的问题:辅助蛋白是否是外排转运体的组成部分?如果辅助因子是外围成分,则即使没有MFP家族蛋白和外膜因子,ABC外排泵的四个核心结构域也应足以促进跨内膜转运(如在NdvA系统中)[77]。相反,在几个系统中辅助因子的缺失会导致底物的细胞质积累。这些结果表明,细菌ABC外排泵有几种功能上不同的类别。一类是存在MFP家族蛋白和外膜因子的情况下进化并变得依赖于所有三个组分以通过革兰阴性细菌的双层膜形成功能性输出复合物。第二类进化为通过单个膜输出分子,并且可以独立于其它因素起作用。但是,迄今为止,尚未证明ABC与辅助因子之间存在物理相互作用,并且还没有确定辅助因子在转运体中的确切地位。
【参考文献】：
期刊论文
[1]牛源IL-6基因克隆与生物信息学分析[J]. 吕亚南,刘静雨,姚竞杰,安志兴,白跃宇,张晓建. 中国畜牧兽医. 2019(11)
[2]微量肉汤稀释法药敏试验的误差分析[J]. 张筝,赵俊杰,李运喜,赵敏,刘焕奇,刘玉庆,吴润. 中国抗生素杂志. 2016(11)
[3]水稻ABCB转运蛋白基因的分子进化和表达分析[J]. 徐杏,邱杰,徐扬,徐辰武. 中国水稻科学. 2012(02)
博士论文
[1]嗜鱼外瓶霉（Exophiala pisciphila）ABC转运蛋白基因与宿主重金属耐性的研究[D]. 曹冠华.云南大学 2017
硕士论文
[1]大肠杆菌K12外排泵及调控基因缺失菌株的构建及其功能的研究[D]. 张传珍.华南农业大学 2016
[2]金铁锁糖基转移酶的克隆与生物信息学分析[D]. 江舟.云南中医学院 2016
本文编号：2978645
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