硫化氫激活EcDOS及其化學修飾血紅素機制研究.pdf

1、大腸桿菌氧感應蛋白(Direct Oxygen Sensor from E.coli,EcDOS)是大腸桿菌c-di-GMP細胞信號通路中的重要調控蛋白。其c-di-dGMP催化活性使其具有代謝信號分子的功能。研究發現該蛋白的催化活性能被氧氣激活,后又有發現證實氣體信號分子NO,CO同樣具有激活其酶活性的作用。最近的研究已檢測到另一新的氣體信號分子,H2S也具有激活EcDOS活性的作用,但其僅對Fe3+血紅素的EcDOS有作用,而NO和

2、CO僅作用于Fe2+血紅素的EcDOS。而且,H2S對EcDOS的激活具有氧依賴性,即無氧環境下H2S的激活作用遠小于有氧環境。這暗示著,H2S與EcDOS血紅素的反應機理同NO或CO并不相同,或許更為復雜。
　　本文將詳述綜合運用光譜學和質譜學分析手段探究H2S作用機理的全部細節。本研究利用定點突變技術將EcDOS血紅素結合域(調控結構域)—EcDOS-PAS上兩個最重要的血紅素互作位點M95、R97進行突變。利用光譜學比較突變

3、后的蛋白其與H2S的反應有何不同?光譜學結果證實這兩個位點都是蛋白質中與H2S相互作用的位點,而R97則是更為重要的直接作用位點。R97的突變導致蛋白與H2S的反應能力喪失,且蛋白結構穩定性受到影響。具體表現為,R97位點突變導致血紅素結合部位空間構象改變(預測),導致H2S與EcDOS反應過程中,產生大量活性氧(H2O2為主,實驗證實)。過氧化氫的產生使得血紅素極易被氧化,從而進一步產生血紅素的共價修飾,生成verdoheme。這一發

4、現對于理解蛋白-血紅素相互作用提供了新的參考。
　　綜上,本文的主體部分將展示以下幾點發現的全部方法和證據及論證過程:
　　(1)采用鎳親和層析柱(GE Histrap-HP)可一步純化制備Ec DOS野生型及其突變蛋白,牛血清來源的凝血酶(Sigma)可準確切割6-組氨酸標簽,為EcDOS的相關研究提供合格的蛋白樣品。
　　(2)Met95和Arg97都是EcDOS與血紅素上結合的配體相互作用的關鍵位點,其改變使得H

5、2S與血紅素的結合受到不同程度的影響。R97是更為重要的直接作用位點,突變這一位點會完全改變H2S與血紅素的結合以及產生新的反應。
　　(3)R97A和R97I這兩個突變型表現出不同于野生型和其他突變蛋白的反應特性,這樣的突變可能導致蛋白構象的顯著改變。
　　(4)血紅素加氧酶代謝血紅素的第一步產物加氧血紅素和副產物一氧化碳在R97A和R97I這兩個突變蛋白與H2S的反應中被檢測到。中間產物過氧化氫也被證實在反應過程中產生。