中科院最新文章揭示尿嘧啶循环新机制

　　

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生物通报道：来自中国科学院微生物研究所，内布拉斯加大学林肯分校的研究人员揭示了细胞内尿嘧啶循环及细胞对过量尿嘧啶的适应新机制，指出了 OMP 脱羧酶对真菌生长发育存在潜在影响。

乳清酸核苷 5′-磷酸脱羧酶(OMP 脱羧酶, EC 4.1.1.23)通过脱羧作用催化乳清苷酸转化为尿苷酸, 是嘧啶从头合成的关键酶。OMP 脱羧酶在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中由URA3基因编码, 在构巢曲霉(Aspergillus nidulans)中由 pyrG 基因编码, 而在粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)中则由 pyr-4 基因编码。由于 OMP 脱羧酶受损的营养缺陷型突变体能够在添加了外源尿苷和尿嘧啶的培养基中正常生长, 而且具有功能的 OMP 脱羧酶编码基因易于回补这种缺陷, 因此, 基于回补 OMP 脱羧酶突变体的遗传操作广泛用于酿酒酵母、构巢曲霉、产黄青霉(Penicillium chrysogenum)、黑曲霉(Aspergillus niger)、瑞氏木霉(Trichoderma reesei)和烟曲霉(Aspergillus fumigatus)等多种真菌。在丝状真菌中, 粗糙脉孢菌 pyr-4基因被广泛地用作一种筛选标记来回补 OMP 脱羧酶突变体。

当对一个新的突变体进行表型分析时, 对应的OMP 脱羧酶缺陷出发株通常被用作对照。为此, 尿嘧啶就需要添加到培养基中以维持 pryG 突变体的生长。但是, 外源尿嘧啶的加入是否对 pryG 突变体和野生菌株的生长发育有不同的影响并不清楚。有证据显示, 细胞内尿嘧啶水平是受到严格控制的, 以此来防止过多的尿嘧啶在细胞中积累。

在外源尿嘧啶胁迫时, 酿酒酵母中负责尿嘧啶转运的尿嘧啶通透酶基因 FUR4的转录水平降低。与之类似, 外源的尿嘧啶的加入也会降低构巢曲霉Fur4p类的尿嘧啶通透酶基因 furD 的表达。在蛋白质翻译后水平, 外源尿嘧啶的存在加速了Fur4p的泛素化降解。细胞内尿嘧啶水平的严密控制对于维持低的尿嘧啶: 胸腺嘧啶比例尤为重要, 以此来降低尿嘧啶掺入 DNA而造成的突变。基因组 DNA 调节区域尿嘧啶对胸腺嘧啶的替换能够破坏蛋白质-DNA相互作用的特异性。

在这篇文章中，研究人员发现 OMP 脱羧酶的缺失增加了构巢曲霉对过量尿嘧啶及其代谢物的敏感性。过量的尿嘧啶及其代谢物也增强了 OMP 脱羧酶突变体的有性发育。

这项研究指出，在过量尿嘧啶存在的情况下, PyrG 对维持细胞内较低尿嘧啶浓度具有重要作用. 与野生菌株相比, 过量尿嘧啶及其代谢物对乳清苷酸脱羧酶缺陷的 pyrG89 突变体具有更强的抑制作用, 并能增强 pyrG89 突变体的有性发育。

此外研究人员通过数字基因表达谱(DGE)分析pyrG89突变体和野生菌株对过量尿嘧啶的转录响应, 发现尿嘧啶转录激活 pyrG89 突变体中有性发育相关的基因。HPLC 定量分析显示, 在过量尿嘧啶存在的情况下, pyrG89 突变体胞内尿嘧啶水平是野生菌株的 6.5 倍。

这一研究的结果不仅为细胞内尿嘧啶循环及细胞对过量尿嘧啶的适应机制提供了新内容, 还揭示了 OMP 脱羧酶对真菌生长发育存在潜在影响。

作者简介：

孙宪昀, 朱菊芬, 宝丽, 等. 过量尿嘧啶胁迫下 pyrG 对维持构巢曲霉胞内尿嘧啶稳定及正常产孢起关键作用. 中国科学: 生命科学, 2013, 43: 387–396
Sun X Y, Zhu J F, Bao L, et al. PyrG is required for maintaining stable cellular uracil level and normal sporulation pattern under excess uracil stress in Aspergillus nidulans. Sci China Life Sci, 2013, 56: 467–475, doi: 10.1007/s11427-013-4480-6