幽门螺杆菌鞭毛马达等大分子机器的原位结构研究

发布时间：2020-03-28 14:06

【摘要】：幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)是一种螺旋状的革兰氏阴性菌,主要寄生于人胃粘膜中,长期感染可引发多种肠胃疾病,如胃炎等。幽门螺杆菌的致病性与其鞭毛介导的运动性以及毒力因子的释放能力相关。因此,研究幽门螺杆菌运动及其致病性相关的大分子机器结构,可为幽门螺杆菌的防治策略提供信息。本文通过冷冻电镜电子断层成像技术(cryo-Electron Tomography,简称cryo-ET)对幽门螺杆菌进行原位结构的研究,并结合sub-tomogram average技术对幽门螺杆菌野生株以及ΔfliG、ΔfliY、ΔfliY_N突变株的鞭毛马达原位结构进行了解析和比对分析。同时,还对幽门螺杆菌的类cag-IV型分泌系统(cag-T4SS like)结构,进行了初步的原位三维结构解析。通过这些研究,获得了以下结果:1、获得幽门螺杆菌的原位结构,包括内外双层膜、外膜包裹的鞭毛丝状体、趋化性受体、鞭毛马达等结构。2、解析了野生型幽门螺杆菌鞭毛马达的原位三维结构。结构显示幽门螺杆菌鞭毛马达的保守结构和分布位置,包括C环、stator、rod、MS环、P环、L环等。以及幽门螺杆菌鞭毛马达上所特有的结构信息,如具有明显18次对称性的cage结构。3、在野生型幽门螺杆菌的原位结构中,发现部分未组装完全的鞭毛结构。并将这些未组装完全的鞭毛结构与组装完全的鞭毛结构进行对比,提出了幽门螺杆菌的鞭毛组装模型。4、多株突变株鞭毛马达结构与野生型幽门螺杆菌鞭毛马达结构的对比结果表明,C环和可溶性输出装置在幽门螺杆菌鞭毛马达上的组装过程受FliY的C端结构的影响。并且从结构层面上证明了,FliG在幽门螺杆菌鞭毛马达早期的组装过程中起着至关重要的作用。5、在部分ΔfliY_N幽门螺杆菌突变株的原位结构中,发现类似cag-T4SS pilus的管状结构。6、发现了类似cag-T4SS的结构密度。结合sub-tomogram average技术,解析了处于未感染状态下的幽门螺杆菌类cag-T4SS的原位三维结构。
【图文】：

幽门螺杆菌,致病性,鞭毛,宿主细胞

中山大学硕士学位论文system）注入到宿主细胞中，影响细胞骨架重排、细胞增殖等过程[11]。而幽门螺杆菌分泌的 VacA，为 p33 和 p55 结构域组成的多聚体结构，作为阴离子选择通道。该通道会在宿主细胞内堆积大量的弱碱物质，从而改变细胞的渗透压，使胞外水分大量流入，最终引发细胞空泡化[12, 13]。此外，VacA 还可以通过影响细胞周期调控基因的表达，来破坏细胞增殖和死亡的平衡，以及诱导宿主细胞释放 IL-8 产生急性炎症[14]。据统计结果显示，目前全球约有超过一半的人感染了幽门螺杆菌，其中以发展中国家较为多见[15,16]。因此，，幽门螺杆菌致病机制相关的大分子机器的结构研究，如鞭毛及毒力蛋白释放机器等，对公共卫生、安全防治及其相关疾病的治疗都具有重要的价值。

运动方向,细菌,趋化性,幽门螺杆菌

图 1-2. 细菌运动方向的转换[20]当环境中没有化学刺激物时，细菌鞭毛逆时针旋转，细菌向前运动，而当细菌感知到环境中的化学刺激物中，鞭毛呈顺时针旋转，使细菌改变前进方向。Figure 1-2. The transition of directional movements[20]Without chemical gradients in medium, flagellar rotated in counterclockwise direction andbacteria began to move forward. But when bacteria sensed chemical gradients of an attractant, ittumbled and changed movement direction.在幽门螺杆菌体内存在的趋化性系统，让其可以感应到外界环境中的化学刺激，并通过体内的信号通路产生级联效应，从而参与鞭毛旋转方向的调控，最终使幽门螺杆菌成功穿过胃粘膜层。目前已知，幽门螺杆菌的趋化性受体信号系统的组成成分与大肠杆菌的类似，主要包含三种趋化性受体，分别为组氨酸蛋白激酶 CheA，CheW 偶联蛋白和 CheY 调控蛋白。除此之外，幽门螺杆菌趋化性受体系统还包括其它三种特有的偶联蛋白，三种跨膜趋化性受体蛋白以及一种可溶性的趋化性受体蛋白。其中，幽门螺杆菌趋化性受体系统特有的偶联蛋白，分别
【学位授予单位】：中山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q93

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