σ^R, an RNA polymerase sigma factor that modulates expression of the thioredoxin system in response to oxidative stress in Streptomyces coelicolor A3(2)
- 作者
- Mark S.B.Paget, Ju-Gyeong Kang, Jung-Hye Roe, Mark J.Buttner
- 单位
- John Innes Centre, Norwich Research Park, Colney, Norwich NR4 7UH; School of Biological Sciences, University of East Anglia, Norwich NR4 7TJ, UK; Department of Microbiology, College of Natural Sciences and Research Centre for Molecular Microbiology, Seoul National University, Seoul 151-742, Korea
- 杂志
- The EMBO Journal（1998）
- DOI
- 10.1093/emboj/17.19.5776
- 所属领域
- 微生物学
- 关键词
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解决的核心问题
鉴定σ^R在链霉菌响应氧化应激中调控硫氧还蛋白系统的分子机制
研究策略
通过基因敲除、S1核酸酶定位、体外转录重建、酶活测定和启动子诱导分析等方法，研究σ^R及其靶标trxBα操纵子的调控关系
研究路线图
核心内容
该研究在天蓝色链霉菌中鉴定了一个新的ECF亚家族RNA聚合酶sigma因子σ^R，并揭示了其响应氧化胁迫调控硫氧还蛋白系统的分子机制。通过基因敲除实验发现，sigR缺失突变体对diamide、menadione和plumbagin等氧化剂表现出明显敏感性，且基础胰岛素二硫键还原酶活性较野生型降低3倍，diamide处理也无法诱导该活性上升，而野生型可诱导3.3倍。启动子分析显示，trxBp1启动子在diamide处理后10分钟被诱导至少50倍，sigRp2被诱导约70倍，而sigR突变体中trxBp1转录水平降低超过95%。体外转录重建实验证实σ^R直接识别trxBp1和sigRp2启动子，表明其具有正自调控特性。研究还发现结核分枝杆菌中存在与σ^R同一性达68%的类似因子。据此提出了氧化还原稳态调控模型：σ^R感知胞质内二硫键的形成，诱导硫氧还蛋白系统表达以恢复正常硫醇水平，随后σ^R活性被关闭。该工作首次将ECF sigma因子与硫氧还蛋白系统调控直接联系起来，并为分枝杆菌中相关氧化应激响应机制的研究提供了重要参考。
创新点
首次鉴定σ^R为调控硫氧还蛋白系统的ECF亚家族sigma因子；发现sigR正自调控；提出σ^R响应胞质二硫键形成诱导硫氧还蛋白系统表达的氧化还原稳态模型
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Streptomyces coelicolor A3(2) | 氧化应激响应 | sigR | σ^R | 调控 | ECF亚家族sigma因子，正自调控，响应氧化应激 |
| Streptomyces coelicolor A3(2) | 硫氧还蛋白系统 | trxB, trxA | 硫氧还蛋白还原酶、硫氧还蛋白 | 催化 | trxBα操纵子，trxBp1启动子受σ^R直接控制 |
| Streptomyces coelicolor A3(2) | 硫氧还蛋白系统 | trxBp1/trxBp2 | — | 调控 | trxBp1是σ^R依赖型启动子，trxBp2非依赖 |
| Streptomyces coelicolor A3(2) | sigR自身调控 | sigRp1/sigRp2 | — | 调控 | sigRp2受σ^R正自调控，响应diamide |
| Mycobacterium tuberculosis | 硫氧还蛋白系统 | Rv3223c | σ^R类似因子 | 调控 | 与S.coelicolor σ^R共享68%序列同一性，推测功能相似 |
关键发现
- sigR缺失导致突变体对diamide、menadione和plumbagin敏感
- 与野生型相比，sigR突变体的基础胰岛素二硫键还原酶活性降低3倍，且diamide处理不再诱导（野生型诱导3.3倍）
- trxBp1启动子在diamide处理后10分钟被诱导至少50倍，sigRp2被诱导约70倍
- sigR突变体中trxBp1转录降低>95%
- 体外转录证明σ^R直接识别trxBp1和sigRp2启动子
- M.tuberculosis中存在与σ^R 68%同一性的类似因子。
研究结论
提出了σ^R响应胞质二硫键形成而诱导硫氧还蛋白系统表达的调控模型，当正常硫醇水平恢复后σ^R活性被关闭；该调控系统在分枝杆菌中也存在。