谷氨酸棒杆菌中蛋白分枝硫醇化修饰调控抗氧胁迫的分子机制研究

Protein mycothiolation is a novel post-translational modification discovered in multiple mycothiol (MSH)-containing gram-positive bacteria with industrial and medical importance. Although protein mycothiolation has been reported to play important roles in response to oxidative stress, little is known about the underlying mechanism. In this study, by using the well-studied industrial bacterium Corynebacterium glutamicum as model, we will systematically reveal the physiological roles and molecular mechanisms of S-mycothiolated proteins in oxidative stress resistance, including reversible protection of protein thiols, changing the protein aggregation states, switching the function of bi-functional proteins, participating in the catalysis cycle of antioxidant enzymes, and regulating the activity of regulatory proteins. Through the implementation of this project, we will not only bring new perspectives for the MSH research field, but also lead to significant breakthroughs for the study of oxidative stress resistance in important industrial and medical bacteria containing MSH.

蛋白分枝硫醇化修饰是一种新发现的参与多种重要革兰氏阳性细菌应对氧化应激的翻译后修饰调控策略，但目前对其作用机制所知极为有限。本项目以模式工业菌株谷氨酸棒杆菌为研究材料，在前期对谷氨酸棒杆菌中分枝硫醇（MSH）抗环境胁迫生理功能研究和MSH化修饰蛋白筛选鉴定的坚实基础上，进一步以筛选到的重要MSH化修饰蛋白为研究对象和突破口，深入揭示氧胁迫下MSH化修饰通过巯基可逆保护、改变蛋白聚合状态、切换双功能蛋白的功能、参与抗氧酶的催化循环、调控调节蛋白的活性等不同作用方式，以对抗氧胁迫的复杂功能及其分子机制。通过本项目的实施，不仅为MSH研究领域带来新的视角，并为多种以MSH为主要硫醇的重要病原和工业微生物抗氧胁迫机制领域研究带来重要突破。

分枝硫醇化修饰（P-SSM）是一种新发现的参与多种重要革兰氏阳性细菌应对环境应激的翻译后修饰调控策略，其作用机制的揭示成为提高重要工业微生物在逆境下的鲁棒性和生产性能等研究领域的热点问题之一。本项目以模式工业菌株谷氨酸棒杆菌为研究材料，以前期筛选鉴定到的重要分枝硫醇（MSH）化修饰蛋白为研究对象和突破口，揭示了通过代谢酶（1-磷酸-肌醇合成酶（Ino-1） 和甲硫氨酸合成酶（MetE））巯基翻译后的可逆MSH化修饰而形成解毒过程产物饥饿的现象，进而关闭脂肪合成、 糖及细胞膜合成等相关的代谢途径，防止细胞进一步被破坏；通过可逆的MSH化修饰硫醇过氧化物酶Prxs而调节过氧化物介导的信号传导级联作用；通过MSH化修饰调节调控蛋白CgSPx的形态和活性而激活多种抗氧化基因，从而发挥保护作用。综上所述，本项目首次从MSH化修饰蛋白来着手，系统揭示了分枝硫醇化修饰在谷氨酸棒杆菌抗环境胁迫中发挥的分子基础，为通过理性分子育种提高谷氨酸棒杆菌、链霉菌和红球菌等工业和环境生物技术菌种的鲁棒性提供重要的理论依据，并为治疗诸如结核分枝杆菌、白喉棒杆菌等含有MSH的致病菌所导致的疾病寻找新的途径。