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真核生物的细胞周期调节蛋白

最新一期的《Nature》杂志发表瑞士巴塞尔大学Urs Jenal教授研究团队确定了细菌繁殖的主要切换器的研究成果。真核生物的细胞周期进程是由称为细胞周期蛋白(cyclins)的小蛋白调节,在细菌中这个作用是由一个小信号分子c-di-GMP完成的。


这个分子虽然非常小,但是对几乎所有细菌的生存是至关重要的。这个信号信使——称为c-di-GMP,在细菌中控制着行为过程。例如,它可确保细菌结合在一起形成生物膜,在人类中这可引发慢性感染。现在,巴塞尔大学的Urs Jenal教授及其同事证明,c-di-GMP也在细菌繁殖中起着决定性的作用。他们发现,这个信使的水平波动随后影响着关键调控蛋白的活性,从而控制细菌的细胞周期和增殖。


信号分子在检查点设置红绿灯


细胞如何繁殖?当细胞分裂时,一个母细胞产生两个子细胞。然而,在这之前,细胞必须经过几个阶段,从生长到其遗传信息的复制,最后到细胞分裂。这一过程被称为细胞周期。在对模型细菌——新月柄杆菌(Caulobacter crescentus)的研究中,感染生物学家首次表明,该信号信使c-di-GMP以类似于红绿灯的方式,控制着细胞周期。当细胞中缺乏c-di-GMP时,显示红灯。这表明,细胞将会停留在细胞周期的第一阶段。如果c-di-GMP水平增加,开关切换到绿灯,细胞进入下一阶段。科学家们探讨了在分子水平上究竟发生了什么。


c-di-GMP以两种作用模式控制一种酶


这个“交通灯“的作用是通过一种酶完成的,这种酶通过两种不同的方式完成这个作用。Jenal解释说:“当c-di-GMP缺乏的时候,可阻碍引发遗传物质复制的过程。然而,一旦产生c-di-GMP,它就与这种酶结合,从而改变其结构和作用方式。随后,这种封锁被解除,细菌染色体被复制。”这一步骤标志着细胞周期进入下一个阶段。这种信号分子在分裂母细胞中的不同空间分布,在后代行为中也起着重要的作用。


病原体使用相同的信号网络


这是首次有研究在细菌细胞两大主要调控网络之间——小信使和重要的调控酶(称为激酶),建立一种直接的联系。所获得的见解,为阐明病原体更为复杂的c-di-GMP网络,提供了重要依据。这一信号分子涉及到病体菌的毒性、持久性机制及耐药性。例如,引起霍乱和肺炎的危险病原体,使用c-di-GMP信号在人类宿主中得以生存。下一步,研究人员想弄清楚,这种分子是否以类似于模型菌C.crescentus的方式,在这些病原体中发挥作用。


原文链接:Cyclic di-GMP acts as a cell cycle oscillator to drive chromosome replication


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