GlpR Represses Fructose and Glucose Metabolic Enzymes at the Level of Transcription in the Haloarchaeon Halofexa volcanii
- 作者
- Katherine S. Rawls, Shalane K. Yacovone, Julie A. Maupin-Furlow
- 单位
- University of Florida, Department of Microbiology and Cell Science, Gainesville, Florida 32611-0700
- 杂志
- Journal of Bacteriology（2010）
- DOI
- 10.1128/JB.00827-10
- 所属领域
- 微生物学与代谢调控
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解决的核心问题
在模式嗜盐古菌Haloferax volcanii中，DeoR/GlpR型转录因子GlpR是否作为糖代谢的全局调控因子，并阐明其在转录水平对果糖和葡萄糖代谢关键酶的调控机制。
研究策略
采用基因敲除（glpR无标记缺失）、互补表达、qRT-PCR、酶活测定以及启动子-bgaH报告基因融合等遗传与生化手段，分析GlpR对glpR-pfkB操纵子和kdgK1的转录调控。
核心内容
该研究以模式嗜盐古菌Haloferax volcanii为对象，首次鉴定并表征了DeoR/GlpR家族转录抑制因子GlpR对果糖和葡萄糖代谢的全局调控作用。通过基因敲除、互补表达、qRT-PCR、酶活测定及启动子报告基因融合等手段，发现glpR与pfkB共转录形成操纵子，GlpR在甘油条件下抑制该操纵子及kdgK1的转录。敲除glpR后，甘油培养基中pfkB转录上升10~12倍，PFK酶活增加约2倍；kdgK1转录上升14倍，KDGK酶活升高7倍。启动子融合实验证实GlpR直接抑制glpR-pfkB和kdgK1启动子活性，而kdgK2不受其调控。研究还鉴定出潜在GlpR结合基序TCSnCn(3-4)SSnGGA，存在于受调控启动子区。该工作填补了古菌糖代谢转录调控研究的空白，证明GlpR是嗜盐古菌中控制果糖和葡萄糖分解代谢关键酶合成的转录抑制因子。
创新点
首次在嗜盐古菌中鉴定并表征了DeoR/GlpR型转录抑制因子GlpR，证明其通过转录抑制控制果糖和葡萄糖代谢关键酶（PFK和KDGK），并提供了遗传和生化证据，填补了古菌糖代谢转录调控研究的空白。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Haloferax volcanii | 果糖代谢（modified Embden-Meyerhof-Parnas途径） | pfkB | 磷酸果糖激酶（PFK，1-phosphofructokinase） | 催化 | 与glpR共转录形成操纵子，受GlpR在转录水平抑制；glpR敲除后甘油条件转录上升10-12倍，酶活上升2倍。 |
| Haloferax volcanii | 葡萄糖代谢（modified Entner-Doudoroff途径） | kdgK1 | 2-酮-3-脱氧-D-葡萄糖酸激酶（KDGK） | 催化 | 染色体编码，受GlpR在转录水平抑制；glpR敲除后甘油条件转录上升14倍，酶活上升7倍。 |
| Haloferax volcanii | 葡萄糖代谢（modified Entner-Doudoroff途径） | kdgK2 | KDGK同源物 | 催化 | 位于巨质粒pHV4（HVO_A0328），转录受葡萄糖诱导但不受GlpR调控。 |
| Haloferax volcanii | 糖代谢转录调控 | glpR | GlpR（DeoR/GlpR家族转录抑制因子） | 调控 | 自调控并抑制glpR-pfkB和kdgK1的转录；潜在结合基序为TCSnCn(3-4)SSnGGA。 |
关键发现
- glpR与pfkB共转录形成glpR-pfkB操纵子，果糖或葡萄糖培养时该操纵子转录水平比仅甘油时高10-20倍（glpR >20倍±7，pfkB >10倍±3；葡萄糖时glpR >10倍±4）。
- 敲除glpR后，甘油培养基中pfkB转录上升10-12倍，PFK酶活增加2倍（甘油）和1.5倍（甘油+果糖），果糖单加时PFK活性反而下降。
- 敲除glpR导致kdgK1转录在甘油中上升14倍，KDGK酶活在甘油中上升7倍，在甘油+葡萄糖中上升2倍，葡萄糖单独存在时无变化。
- kdgK1和kdgK2在葡萄糖存在时转录分别上调12倍和4倍。
- 启动子-bgaH融合显示，甘油条件下glpR缺失使glpR-pfkB启动子活性从9.2±2 mU/mg增至32±3 mU/mg，kdgK1（524 bp）从160±3增至270±10 mU/mg，kdgK1（89 bp）从180±3增至250±8 mU/mg；kdgK2启动子活性不受glpR影响。
- 鉴定出潜在GlpR结合基序TCSnCn(3-4)SSnGGA（反向六聚体重复），存在于glpR-pfkB和kdgK1启动子区，但不存在于kdgK2。
- PFK活性范围为140-650 mU/mg，KDGK活性范围为7.1-45 mU/mg。
- glpR突变不能解除甘油对葡萄糖代谢的分解代谢物阻遏。
研究结论
GlpR是Haloferax volcanii中一个DeoR/GlpR型转录抑制因子，在甘油生长条件下通过转录抑制glpR-pfkB操纵子和kdgK1来调控果糖和葡萄糖代谢关键酶的合成，这是首次在嗜盐古菌中报道此类转录抑制蛋白。