ompW is cooperatively up-regulated by MarA and SoxS in response to menadione.
- 作者
- B. Collao, E.H. Morales, F. Gil, I.L. Calderón, C.P. Saavedra
- 单位
- Laboratorio de Microbiología Molecular, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Andres Bello, Santiago, Chile
- 杂志
- Microbiology（2013）
- DOI
- 10.1099/mic.0.066050-0
- 所属领域
- 微生物学
- 关键词
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解决的核心问题
阐明甲萘醌（menadione）胁迫下鼠伤寒沙门氏菌 ompW 基因的表达调控机制，特别是转录因子 MarA 和 SoxS 的作用及其协同性。
研究策略
利用基因缺失突变株、qRT-PCR、Western blot、转录融合（lacZ报告）和EMSA等方法，分析不同遗传背景下ompW的表达变化，鉴定启动子区域功能性marsox box，研究MarA与SoxS的协同结合机制。
研究路线图
核心内容
该研究以鼠伤寒沙门氏菌为对象，探究甲萘醌胁迫下外膜孔蛋白基因ompW的转录调控机制。通过构建基因缺失突变株并结合qRT-PCR、lacZ报告融合、Western blot及EMSA等分析，发现ompW的诱导表达严格依赖转录因子MarA和SoxS的同时存在。在野生型菌株中，50 μM甲萘醌处理20分钟使ompW转录水平升高约20倍，而单独缺失marA或soxS后诱导完全消失，双基因互补才能恢复表达至约6.8倍，说明二者缺一不可且具有协同性；Rob则不参与此过程。机制上，MarA和SoxS可直接结合ompW启动子区域的两个功能性marsox box（MS-A和MS-C），且MarA的存在能将SoxS形成高迁移复合物所需浓度由0.4 μM降至0.125 μM，反之SoxS也能增强MarA的结合亲和力。该工作首次报道了MarA与SoxS协同激活靶基因表达，揭示了氧化应激响应中转录因子间协同调控的新模式，为理解细菌多重耐药与应激适应网络提供了重要补充。
创新点
首次发现MarA和SoxS协同正调控ompW，且二者缺一不可；鉴定出两个功能性marsox box（MS-A和MS-C）；证明MarA可增强SoxS对ompW启动子的结合亲和力。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Salmonella enterica serovar Typhimurium 14028s | mar/sox/rob regulon (氧化应激响应) | marA | MarA | 调控 | AraC家族转录激活因子，与SoxS协同激活ompW |
| Salmonella enterica serovar Typhimurium 14028s | mar/sox/rob regulon (氧化应激响应) | soxS | SoxS | 调控 | AraC家族转录激活因子，直接结合ompW启动子 |
| Salmonella enterica serovar Typhimurium 14028s | mar/sox/rob regulon (氧化应激响应) | rob | Rob | 调控 | AraC家族转录因子，实验证明不参与ompW对menadione的响应 |
| Salmonella enterica serovar Typhimurium 14028s | 外膜孔蛋白/物质转运 | ompW | OmpW | 转运 | 被调控的靶基因，编码外膜孔蛋白，涉及物质被动扩散 |
关键发现
- 在野生型中，50 μM menadione处理20 min使ompW转录水平升高20.22±1.70倍
- ΔmarA和ΔsoxS突变株中则分别降至0.27±0.08和0.17±0.01倍，诱导完全消失
- Δrob中为11.42±0.52倍，说明Rob不参与。双突变ΔmarAΔsoxS中为0.29±0.05倍，单基因互补仍低（marA互补0.354±0.1倍，soxS互补0.314±0.06倍），双基因互补恢复至6.81±1.13倍。EMSA显示MarA与SoxS可直接结合ompW启动子，突变MS-A和MS-C后结合消失
- MarA存在时SoxS在0.125 μM即可形成高迁移复合物（单独需0.4 μM），SoxS存在时MarA在100 nM即可（单独需200 nM），表明二者协同增强结合。
研究结论
在menadione响应中，ompW的诱导表达需要MarA和SoxS同时存在，二者通过直接结合启动子区域的两个功能性marsox box协同激活转录；Rob不参与此过程。这是首次报道MarA和SoxS协同调控基因表达。