由德林教授研究小組揭示細(xì)菌DNA新型限制修飾機(jī)制
?????? 近日，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在DNA磷硫酰化修飾研究方面取得新進(jìn)展，由德林教授研究小組與美國(guó)麻省理工學(xué)院Peter C. Dedon教授課題組合作，以博士生曹博為第一作者，在微生物領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Molecular Microbiology》發(fā)表了題為“Pathological phenotypes and in vivo DNA cleavage by unrestrained activity of a phosphorothioate-based restriction system in Salmonella”的研究論文。
?????? DNA磷硫?；揎検怯闪蛟尤〈薉NA磷酸骨架上非橋聯(lián)氧原子，進(jìn)而形成具有序列特異性和空間構(gòu)象專一性的DNA大分子結(jié)構(gòu)。這是表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域近年發(fā)現(xiàn)的一種新型生理修飾現(xiàn)象，它突破了現(xiàn)有的DNA骨架由碳、氫、氧、氮、磷五種元素構(gòu)成的結(jié)論，拓展了經(jīng)典的DNA組成理論，在國(guó)內(nèi)外引起了廣泛關(guān)注。但對(duì)這種修飾的生理功能的研究一直是該領(lǐng)域的一個(gè)挑戰(zhàn)。
?????? 表觀遺傳學(xué)修飾如DNA甲基化修飾經(jīng)常通過(guò)限制修飾系統(tǒng)，與細(xì)菌的自我防衛(wèi)機(jī)制緊密相關(guān)。所謂“限制修飾系統(tǒng)”是原核生物在進(jìn)化過(guò)程中形成的遺傳信息保護(hù)機(jī)制?！跋拗啤比缤厥獾牡叮靶揎棥焙帽榷ㄖ频亩?。當(dāng)細(xì)菌被入侵后，外來(lái)的DNA會(huì)被“限制”消滅，自身的DNA由于被“修飾”而得到保護(hù)。經(jīng)典的甲基化限制修飾系統(tǒng)中，一旦“修飾”被破壞，“限制”會(huì)無(wú)節(jié)制的破壞細(xì)菌DNA，最終導(dǎo)致細(xì)菌的死亡。
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?????? 由德林研究小組研究證實(shí)，DNA磷硫?；揎梾⑴c了一種新型限制修飾系統(tǒng)（Xu et al, Nucleic Acids Research, 2010, 38(20): 7133-41）。通過(guò)解析含有該限制系統(tǒng)的細(xì)菌基因組磷硫酰化修飾圖譜，由德林小組又發(fā)現(xiàn)了其保守修飾序列具有高度部分修飾的現(xiàn)象（Cao et al, Nature Communication, 2014, 5: 3951）。在此基礎(chǔ)上，研究小組發(fā)現(xiàn)DNA磷硫?；揎椈蛉笔蛔冎曛校拗葡到y(tǒng)缺陷與經(jīng)典類型不同，它并不具有致死性，而是會(huì)導(dǎo)致宿主生理表型的異常。利用基因芯片技術(shù)探測(cè)到突變株中超過(guò)600個(gè)基因的表達(dá)受到了影響，這些基因編碼的功能與宿主所呈現(xiàn)的異常生理表型非常吻合。此外，限制系統(tǒng)缺陷還激活了宿主菌中的噬菌體基因、SOS應(yīng)答系統(tǒng)及DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)等。借助研究凋亡細(xì)胞染色體DNA斷裂的TUNEL技術(shù)，研究小組獲得了限制系統(tǒng)對(duì)未修飾的基因組DNA造成斷裂損傷的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
?????? 該研究不僅拓展了對(duì)DNA磷硫?；揎椀纳砉δ艿恼J(rèn)識(shí)，而且揭示了DNA磷硫?；揎椧蕾嚨南拗葡到y(tǒng)是完全不同于傳統(tǒng)的限制修飾系統(tǒng)—前者在基因組DNA部分修飾條件下，具有基于DNA斷裂的非致死性的特殊保護(hù)機(jī)制，而后者通常無(wú)法在突變的情況下維持微生物的生存。這一新的發(fā)現(xiàn)加深了人們對(duì)自然界中基因組防御系統(tǒng)多樣性的理解和認(rèn)識(shí)。
?????? 文章鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/mmi.12692/full
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