《Ag(I)和Hg(II)對大腸桿菌鐵硫簇組裝系統的作用機制》是依託深圳大學，由徐芳芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：Ag(I)和Hg(II)對大腸桿菌鐵硫簇組裝系統的作用機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐芳芳
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來汞和銀在紡織、醫藥及醫療等諸多領域得到大規模套用，極大增加了生物在金屬環境中的暴露幾率，但其對細胞致毒機制仍然存在較多盲點。汞和銀都具有強親硫性屬於柔性金屬的範疇。前期研究結果表明柔性金屬能直接破壞大腸桿菌細胞中一類關鍵脫水酶外露的[4Fe-4S]簇，這種破壞作用可能在多個層面同時發生。鐵硫簇組裝系統負責組裝和運輸[4Fe-4S]簇，系統本身同樣富含巰基而成為金屬潛在的攻擊目標。本研究以大腸桿菌為模型，以親硫性最強且毒性最強的兩種柔性金屬汞和銀為例，通過分析金屬壓力下鐵硫簇主系統Isc功能的缺失、備用系統Suf的誘發、感應及調控因子IscR、OxyR和Fur等的誘發和表達、排查Isc和Suf各基因缺失變異株的金屬敏感度，蛋白提純和全波長掃描等手段全面分析親硫金屬對鐵硫簇組裝系統的影響。旨在明晰柔性金屬致毒的主要靶點，揭示親硫性在金屬致毒過程中的重要作用及其分子機制。
結題摘要
工業化進程導致的重金屬污染已然使得金屬毒理成為研究者們關注的焦點，但重金屬對細胞的毒性機制仍有待闡明。其中Hg(I/II)、Ag(I)、Cu(I)和Cd(II)等柔性金屬對微生物的毒性與其親硫性強弱基本一致，暗示著金屬毒性產生機制與親硫性密切相關。前期結果已證明柔性金屬能直接破壞大腸桿菌中一類關鍵脫水酶外露的[4Fe-4S]簇，且暗示了破壞作用可能在多個層面同時發生。 本研究選取了親硫性及細胞毒性最強的Ag(I)和Hg(II)為代表，以大腸桿菌為模式生物，通過細菌生長曲線測定、突變株及融合株的構建和酶活分析等方法，深入分析了金屬離子對細胞內鐵硫簇組裝系統功能的影響及金屬脅迫下OxyR、IscR和 Fur三個轉錄因子對Suf操縱子的調控機制。 本研究得出了以下結果：①在低於抑制濃度的Ag(I)、Hg(II)作用下，大腸桿菌Fe/S簇組裝常備系統Isc功能受損，備用系統Suf被誘導表達；②明確了suf操縱子的誘導表達並非主要來自氧化應激調控轉錄因子OxyR及IscR，表明在受測金屬離子的作用下細胞並未啟動氧化應激防禦機制；③首次驗證了Suf系統的誘發來自於細胞內的缺鐵回響調控。 通過研究提出了重金屬離子對細胞的一個全新作用機制：受測金屬破壞Fe/S簇組裝Isc系統迫使細胞啟用備用系統Suf。同時金屬破壞了細胞內Fe/S蛋白中外露的[4Fe-4S]簇，導致大量脫輔基酶的累積。細胞重構Fe/S簇增加了細胞對Fe的需求，使細胞呈現缺Fe狀態，繼而通過Fur調控並啟動細胞缺鐵應答下游基因的表達。Fur通過去抑制作用直接誘導suf操縱子及編碼Mn-SOD的sodA。該工作揭示親硫性在金屬毒性中發揮的重要作用，將為明晰柔性金屬致毒的首要靶點提供理論依據，並為金屬在無氧條件下致毒提供了新的解釋途徑。
