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Nature:真核生物的细胞周期调节蛋白

摘要 : 最新一期的《Nature》杂志发表瑞士巴塞尔大学Urs Jenal教授研究团队确定了细菌繁殖的主要切换器的研究成果。真核生物的细胞周期进程是由称为细胞周期蛋白(cyclins)的小蛋白调节,在细菌中这个作用是由一个小信号分子c-di-GMP完成的。

 最新一期的《Nature》杂志发表瑞士巴塞尔大学Urs Jenal教授研究团队确定了细菌繁殖的主要切换器的研究成果。真核生物的细胞周期进程是由称为细胞周期蛋白(cyclins)的小蛋白调节,在细菌中这个作用是由一个小信号分子c-di-GMP完成的。

这个分子虽然非常小,但是对几乎所有细菌的生存是至关重要的。这个信号信使——称为c-di-GMP,在细菌中控制着行为过程。例如,它可确保细菌结合在一起形成生物膜,在人类中这可引发慢性感染。现在,巴塞尔大学的Urs Jenal教授及其同事证明,c-di-GMP也在细菌繁殖中起着决定性的作用。他们发现,这个信使的水平波动随后影响着关键调控蛋白的活性,从而控制细菌的细胞周期和增殖。

信号分子在检查点设置红绿灯

细胞如何繁殖?当细胞分裂时,一个母细胞产生两个子细胞。然而,在这之前,细胞必须经过几个阶段,从生长到其遗传信息的复制,最后到细胞分裂。这一过程被称为细胞周期。在对模型细菌——新月柄杆菌(Caulobacter crescentus)的研究中,感染生物学家首次表明,该信号信使c-di-GMP以类似于红绿灯的方式,控制着细胞周期。当细胞中缺乏c-di-GMP时,显示红灯。这表明,细胞将会停留在细胞周期的第一阶段。如果c-di-GMP水平增加,开关切换到绿灯,细胞进入下一阶段。科学家们探讨了在分子水平上究竟发生了什么。

c-di-GMP以两种作用模式控制一种酶

这个“交通灯“的作用是通过一种酶完成的,这种酶通过两种不同的方式完成这个作用。Jenal解释说:“当c-di-GMP缺乏的时候,可阻碍引发遗传物质复制的过程。然而,一旦产生c-di-GMP,它就与这种酶结合,从而改变其结构和作用方式。随后,这种封锁被解除,细菌染色体被复制。”这一步骤标志着细胞周期进入下一个阶段。这种信号分子在分裂母细胞中的不同空间分布,在后代行为中也起着重要的作用。

病原体使用相同的信号网络

这是首次有研究在细菌细胞两大主要调控网络之间——小信使和重要的调控酶(称为激酶),建立一种直接的联系。所获得的见解,为阐明病原体更为复杂的c-di-GMP网络,提供了重要依据。这一信号分子涉及到病体菌的毒性、持久性机制及耐药性。例如,引起霍乱和肺炎的危险病原体,使用c-di-GMP信号在人类宿主中得以生存。下一步,研究人员想弄清楚,这种分子是否以类似于模型菌C.crescentus的方式,在这些病原体中发挥作用。

原文链接:

Cyclic di-GMP acts as a cell cycle oscillator to drive chromosome replication

原文摘要:

Fundamental to all living organisms is the capacity to coordinate cell division and cell differentiation to generate appropriate numbers of specialized cells. wheras eukaryotes use cyclins and cyclin-dependent kinases to balance division with cell fate decisions1, equivalent regulatory systems have not been described in bacteria. Moreover, the mechanisms used by bacteria to tune division in line with developmental programs are poorly understood. Here we show that Caulobacter crescentus, a bacterium with an asymmetric division cycle, uses oscillating levels of the second messenger cyclic diguanylate (c-di-GMP) to drive its cell cycle. We demonstrate that c-di-GMP directly binds to the essential cell cycle kinase CckA to inhibit kinase activity and stimulate phosphatase activity. An upshift of c-di-GMP during the G1–S transition switches CckA from the kinase to the phosphatase mode, thereby allowing replication initiation and cell cycle progression. Finally, we show that during division, c-di-GMP imposes spatial control on CckA to install the replication asymmetry of future daughter cells. These studies reveal c-di-GMP to be a cyclin-like molecule in bacteria that coordinates chromosome replication with cell morphogenesis in Caulobacter. The observation that c-di-GMP-mediated control is conserved in the plant pathogen Agrobacterium tumefaciens suggests a general mechanism through which this global regulator of bacterial virulence and persistence coordinates behaviour and cell proliferation.

来源: Nature 浏览次数:0

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