Ste1234 (DasRABC) 调控链霉菌139胞外多糖生物合成和氨基糖代谢的分子机制研究

In our previous research, we had obtained ste1 and ste2 mutant strains by gene disruption, and revealed Ste1 and Ste2 inhibit exopolysaccharide (Ebosin) biosynthesis as repressor. We also found Ste1 is involved in the uptake of N-acetylglucosamine (GlcNAc), and Ste2 plays a more important role for the uptake of GlcNAc and N,N´-Diacetylchitobiose ( (GlcNAc)2), especially for (GlcNAc)2. However, interplay between Ste1&Ste2 inhibiting exopolysaccharide biosynthesis and regulating aminosaccharide metabolism remains unclear. Aminosaccharide maybe involve in the biosynthesis of activated nucleotide-sugar in Streptomyces sp 139 through genome analysis. For illuminating the molecular mechanism of Ste1&Ste2 regulate exopolysaccharide biosynthesis and aminosaccharide metabolism in Streptomyces sp 139, we will identify differentially expressed genes (DEG) especially related to aminosaccharide metabolism and biosynthesis of activated nucleotide-sugar in Streptomyces sp 139, ste1 and ste2 mutant strains by high throughput transcriptome sequencing. We then confirm Ste1&Ste2-DEG interactions by EMSA (Electrophoretic Mobility Shift Assay). The key DEG involved in exopolysaccharide biosynthesis will be further characterized by gene disruption (in vivo) and protein expression (in vitro). This project will provide support to reveal molecular mechanism of exopolysaccharide biosynthesis regulated by DasRABC systems, and has important scientific significance and application value.

前期通过基因阻断发现Ste1与Ste2抑制链霉菌139胞外多糖依博素生物合成并获得ste1与ste2基因阻断株，随后检测上述菌株在不同培养条件下的氨基糖摄取，发现Ste1调节GlcNAc摄取，Ste2在GlcNAc和(GlcNAc)2摄取过程中发挥更为重要的作用；但Ste1、Ste2抑制依博素生物合成与调控氨基糖代谢的关联机制不明。基因组测序-代谢通路分析显示氨基糖可能调节链霉菌139中活化核苷酸单糖的生成，据此本项目拟在不同培养条件下检测链霉菌139、ste1和ste2基因阻断株的转录组信息，比较分析与氨基糖代谢及核苷酸单糖合成相关的差异表达基因，并通过凝胶阻滞分析Ste1和Ste2对上述基因的调控作用；通过基因阻断、蛋白表达等对相关基因进行体内外深入研究，阐明其与依博素生物合成的相关性。本研究将进一步揭示DasRABC调控胞外多糖生物合成的分子机制，具有重要的科学意义和应用价值。

完成依博素产生菌链霉菌139的基因组测序分析（登录号：CP043959），在此基础上，项目完成了依博素产生菌链霉菌139、调控基因ste1和ste2突变株的转录组测序及差异基因表达分析。在ste1突变株的差异表达基因分析中，我们与野生型菌株比对后发现，转录水平上调8倍以上的基因有5个，下调基因14个。ste2突变株与原株相比，发现8倍以上的差异表达基因111个，其中86个基因为下调，25个基因为上调。发现能够直接与Ste1蛋白结合的调控元件6个，均参与氨基糖代谢和多糖生物合成；Ste2除与依博素产量相关外（阻断株已获专利授权），还与链霉菌氧化应激密切相关。.研究发现当ste1突变后，依博素基因簇中orf1和orf2的表达水平显著上调（分别为7.55倍和8.40倍），这两个基因为依博素生物合成基因簇中2个完全未知的基因。通过系统研究，已经确定Orf2编码二肽酶，并通过点突变确定了其催化三联体位点（Ser-His-Glu）；而Orf1相关研究极少，我们通过GST-Orf1与链霉菌139全菌蛋白的Pull-down实验结果显示Orf1与亮氨酰氨基肽酶结合，同时我们获得了orf1基因敲除株。鉴于细菌来源的亮氨酰氨基肽酶可能参与氧化应激损伤修复，我们推测Orf1可能为链霉菌来源的新型DNA聚合酶，更深入的修复模式研究正在进行中，该部分研究具有重要的理论意义。.前期研究证实胞外多糖依博素具有显著的抗类风湿关节炎活性，本项目扩展了依博素的新适应症，如抗银屑病和细胞因子风暴的研究，均显示出良好活性，具有重要的应用价值。