nature

当前位置: Nature » 分子生物学 » 正文

Nature Microbiol:清华大学Babak Javid课题组揭示结核分枝杆菌氨酰转移酶GatCAB为特定翻译保真度的调节因子

摘要 : 2016年8月,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Microbiology》杂志在线发表了清华大学医学院Babak Javid课题组题为“The essential mycobacterial amidotransferase GatCAB is a modulator of specific translational fidelity”的文章。

2016年8月,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Microbiology》杂志在线发表了清华大学医学院Babak Javid课题组题为“The essential mycobacterial amidotransferase GatCAB is a modulator of specific translational fidelity”的文章。文章首次揭示了一种与谷氨酰胺和天冬酰胺tRNAs合成有关的重要酶复合体GatCAB是如何控制和调节谷氨酰胺和天冬酰胺密码子的翻译保真度。Babak Javid课题组通过正向遗传选择和筛选策略以及全基因组测序技术发现gatA的突变可以导致谷氨酰胺向谷氨酸以及天冬酰胺向天冬氨酸的错误翻译率(特定氨基酸错误翻译)提高,而这些突变的菌株同样也表现出对于一线抗结核药物利福平的耐药性。清华大学博士生苏宏伟与北京大学博士生朱军豪为论文共同第一作者,清华大学医学院Babak Javid教授为本论文唯一通讯作者。

结核病是一种由结核分枝杆菌所导致的,目前在全球范围内最重要的致死性传染性疾病。虽然该疾病是可以预防和治愈的,但目前它仍是传染性疾病致死的首要原因。据世界卫生组织报道2015年全球有超过180万患者死于结核病。在中国每年有大约一百万活动性结核患者,使得结核分枝杆菌成为全国范围内的一种关键病原菌。结核病难以根除的一个关键障碍在于长的治疗周期,即使敏感性菌株也需要长达6个月的抗生素持续治疗,而耐药性菌株则需要20个月甚至更长时间的治疗。这种长时程治疗的原因在于药物敏感性菌株群体对于抗生素的“耐药性”或“表观抗药性”。本研究首次在临床分离的结核分枝杆菌中明确了抗生素耐药的分子机制。

由于目前国内以及清华大学尚没有研究结核分枝杆菌遗传学的硬件条件,因此该论文的共同第一作者2012级PTN项目博士生苏宏伟同学于南非Bavesh Kana教授(HHMI青年科学家)的实验室进行了为期12个月的合作研究,主要进行必要的细菌遗传实验来验证来自临床分离的gatA突变株的确可以导致错误翻译率的提高以及对利福平耐药。之后通过与分离gatA突变株的北京胸科医院合作来验证该菌株特异地对于利福平具有高耐药性。该菌株来源于一位常规抗结核治疗失败的患者。

该文章通讯作者Babak Javid教授指出:“我们以往研究显示分枝杆菌具有很高的特定类型的蛋白质错误翻译,但是对于其机制尚不清楚”。在文章中我们提出GatCAB——曾被认为是一种高效酶,实际上可以调节结核分枝杆菌应对各种环境条件的错误翻译率。该结果对于缩短结核病治疗周期的策略具有非常重要的意义。在中国,我们仍有非常庞大的结核病患者群体,政府也致力于解决该问题。但是在国内高等院校,甚至清华仍缺乏相关基础设施来进行世界级的结核病研究。本项目的完成得益于国际合作研究,感谢南非的合作方为本研究提供的先进的仪器及设施使得我们能够顺利进行结核分枝杆菌GatCAB在抗生素耐药中的作用研究,同样我们也期待清华大学能为这些相关前沿研究提供硬件条件。

ccaeadd608d3825d9fed3c40261af5a1-sz_499982_jpg@1l_640w

RpoB和GatCAB表达差异预测利福平表观耐药性模型

(A)GatCAB的生理功能是氨基化 Asp-tRNAAsn 和 Glu-tRNAGln,使之成为正确的Asn-tRNAAsn和Gln-tRNAGln。限制GatCAB表达量可以增加Asp-tRNAAsn 和 Glu-tRNAGln的浓度,进而导致蛋白质错误翻译频率增加,并且特异的错误翻译RpoB的关键位点可以导致RNA聚合酶对利福平的抗药性。(B)错误翻译产生的对利福平具有抗药性的RpoB的含量是总的RpoB的含量以及蛋白质错误翻译的频率(阴影浓度)共同决定的。GatCAB表达量少的细胞相应的具有较高的蛋白质错误翻译频率,从而增加了抗药性RpoB的浓度,使细胞可以在致死利福平浓度环境下仍然可以进行部分转录功能(a)。 这部分转录功能使细菌在致死浓度的利福平作用下不仅可以存活,甚至还可以生长(b, c)。

原文链接:

The essential mycobacterial amidotransferase GatCAB is a modulator of specific translational fidelity

原文摘要:

Although regulation of translation fidelity is an essential process, diverse organisms and organelles have differing requirements of translational accuracy, and errors in gene translation serve an adaptive function under certain conditions. Therefore, optimal levels of fidelity may vary according to context. Most bacteria utilize a two-step pathway for the specific synthesis of aminoacylated glutamine and/or asparagine tRNAs, involving the glutamine amidotransferase GatCAB, but it had not been appreciated that GatCAB may play a role in modulating mistranslation rates. Here, by using a forward genetic screen, we show that the mycobacterial GatCAB enzyme complex mediates the translational fidelity of glutamine and asparagine codons. We identify mutations ingatA that cause partial loss of function in the holoenzyme, with a consequent increase in rates of mistranslation. By monitoring single-cell transcription dynamics, we demonstrate that reduced gatCAB expression leads to increased mistranslation rates, which result in enhanced rifampicin-specific phenotypic resistance. Consistent with this, strains with mutations in gatA from clinical isolates of Mycobacterium tuberculosis show increased mistranslation, with associated antibiotic tolerance, suggesting a role for mistranslation as an adaptive strategy in tuberculosis. Together, our findings demonstrate a potential role for the indirect tRNA aminoacylation pathway in regulating translational fidelity and adaptive mistranslation.

来源: Nature 浏览次数:0

热门文章TOP

RSS订阅 - 填写您的邮件地址,订阅我们的精彩内容: - 网站地图
网站联系电话:020-87540820 备案号:粤ICP备11050685号-8 增值电信业务经营许可证:粤B2-20120479
©2011-2015 生物帮 All rights reserved.