CobB通过对GlmU的去乙酰化影响大肠杆菌生物膜的形成

CobB是细菌依赖于NAD的蛋白质去乙酰化酶，隶属于Sir2（silent information regulator 2）蛋白家族。目前对Sir2蛋白的研究主要集中在真核生物，对原核生物的研究尚在起步阶段。大肠杆菌蛋白质组芯片初步筛选的结果显示，大肠杆菌的GlmU (N-acetyl-D-glucosamine-1-phosphate acetyltransferase)蛋白是CobB的底物蛋白。前期研究表明，GlmU是原核生物特有的酶，对细胞壁的完整性具有重要影响，并与细菌生物膜形成有关，是细菌生长必需基因。并且，细菌生物膜形成机制的研究已成为抗感染研究领域的热点。我们的初步实验结果显示， CobB可能通过对GlmU去乙酰化而调控其活性，进而影响大肠杆菌生物膜的形成。我们计划通过一系列的分子生化和微生物遗传学实验证明这一假设，从而阐明CobB在细菌中的新功能。

在前期工作中，本实验室和上海交通大学合作，通过大肠杆菌蛋白质组芯片方法系统搜寻，发现GlmU蛋白是CobB的底物蛋白之一。GlmU是原核生物特有的酶，对细胞壁的完整性具有重要影响，并与细菌生物膜形成有关，是细菌生长必需基因。在本研究中，我们用质谱分析技术鉴定出GlmU中有三个乙酰化修饰的赖氨酸残基。利用western-blot方法证实，AcCoA或AcP在体外可作为乙酰基供体参与GlmU的自乙酰化，乙酰化的GlmU可被CobB去乙酰化。敲除cobB基因会导致胞内GlmU乙酰化水平提高。但是进一步酶学实验结果显示以AcCoA为乙酰基供体的自乙酰化不影响GlmU酶活力，并且也不能通过CobB降低GlmU乙酰化水平而调节其酶活力。但是以AcP为乙酰基供体的自乙酰化是可以提高酶活力的，同时AcP还能提高GlmU的磷酸化水平，而且乙酰化程度的提高能进一步提高AcP的磷酸化作用。结果证实，磷酸化是调节GlmU活力的主要方式，而不是乙酰化。. 为了进一步阐明cobB基因对生物膜形成的影响，我们对比了cobB基因敲除菌株与野生型菌株生物膜形成情况和全基因转录情况，结果显示，cobB基因的敲除会导致生物膜形成缺陷，而且基因敲除株的生物膜形成相关基因转录也受到抑制。. 研究结果说明，cobB基因确实能调控细菌生物膜的形成，并且在体内外CobB都可以调节GlmU的乙酰化水平，但是并不直接影响其酶活力，磷酸化可以提高GlmU酶活力，乙酰化可能是通过调节其磷酸化水平而间接影响其酶活力。. 本研究的成果揭示出了CobB调节大肠杆菌生命活动的另一条线索，为大肠杆菌生物膜的形成及致病性的研究提供了新的思路。