细菌中一种新型DNA硫修饰依赖的防御系统

在沙门氏菌中发现DNA限制现象，以及对一个DNA硫修饰依赖的防御系统进行了初步分子遗传学研究基础上，选择4个DNA硫修饰相关基因dndB-E和4个限制基因dndF-I作为研究对象，利用基因中断、互补等分子遗传学手段以及体外酶学分析，揭示DNA硫修饰依赖的防御系统的基因组成和相关基因的功能。. 通过研究DNA硫修饰依赖的防御系统中蛋白质与蛋白质、蛋白质与DNA相互作用，全面、系统地分析这些基因的相互关系，深入探索DNA硫修饰在细胞新的防卫机制方面的潜在作用，阐明新型的DNA硫修饰依赖的防御系统的作用机制，为最终揭示DNA骨架上第一种生理修饰-磷硫酰化修饰的生理功能奠定基础。

DNA磷硫酰化修饰是一种在细菌中广泛存在的位点和序列专一的DNA骨架修饰。由5个基因组成的 dndA-E基因簇负责这种新型DNA磷硫酰化修饰。我们发现在一株肠道病原菌-沙门氏菌Salmonella enterica serovar Cerro 87中不仅DNA发生了磷硫酰化修饰，而且它还具有限制外源DNA并通过磷硫酰化保护自身DNA的现象。从该菌株中克隆了15-kb dpt基因簇，异源表达dpt基因簇不仅使大肠杆菌宿主发生了磷硫酰化修饰，也赋予了宿主限制表型。一系列突变分析表明这是一个新颖的DNA磷硫酰化修饰依赖的限制系统。限制表型的产生不仅需要3个dptFGH限制基因，也需要邻近的4个dptBCDE修饰基因。这种功能上的叠加确保了对外源DNA进行限制时宿主DNA被磷硫酰化修饰保护而不受限制作用的影响。此外，在其他的细菌中也存在着这种限制修饰系统。和甲基化限制修饰系统一样，通过对dpt基因簇的基因定向失活将非常有利于这些菌株的遗传操作。另外，也研究了这种独特的磷硫酰化依赖的限制系统的作用机制。发现不像传统修饰限制系统，仅敲除修饰基因dptB-E而保留限制基因dptF-H并没有使宿主致死，而导致包括细胞流动性降低、分裂异常、生长缓慢、膜受损以及蛋白分泌聚集等表型变化。基因芯片分析显示dptF-H导致包括修复相关基因的600个基因转录谱改变。体外酶学实验显示DptF 和 DptH具有ATP酶活性，体内实验显示限制基因导致了非磷硫酰化DNA的断裂。这些结果预示磷硫酰化依赖的防御系统是基于DNA断裂机制但远远超出传统的限制修饰系统。