酰胺酶影響絲狀藍細菌細胞間物質(zhì)交流的機制方面取得新發(fā)現(xiàn)

北大生命科學學院趙進東課題組近日在絲狀藍細菌相鄰細胞間的物質(zhì)交流的機制方面取得新進展，該工作發(fā)現(xiàn)酰胺酶（amidase）對藍細菌細胞間的物質(zhì)交流（intercellular communication）以及異型胞分化是必須的，揭示了細胞間的物質(zhì)交流對格式（pattern）形成的重要作用。該成果于 2017 年 2 月 6 號在線發(fā)表于 PNAS。

異型胞是魚腥藻屬絲狀藍細菌（Anabaena 7120）在氮源缺乏時為固氮而分化的特殊細胞，大約每隔 10 個營養(yǎng)細胞就會有一個異型胞，這種格式形成是生物界最簡單的二維格式之一，對真核多細胞的分化有著啟示作用，Anabaena 7120 也被當作研究細胞分化和格式形成的模式生物。這種格式的分化需要各種信號分子的調(diào)控，信號分子在菌絲內(nèi)的流通需要依賴細胞間的物質(zhì)交流途徑。通過電鏡技術(shù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在藍細菌相鄰細胞間存在著類似于植物胞間連絲的"細胞質(zhì)橋"（channels）結(jié)構(gòu)，使得細胞質(zhì)間的物質(zhì)能直接交流。而 channels 能穿透細胞板（septa）上的肽聚糖層，在細胞板的中間區(qū)域形成納米孔（nanopores）。本課題組新發(fā)現(xiàn)一種能水解細菌肽聚糖層的酰胺酶（AmiC3）對藍細菌細胞之間的物質(zhì)交流有重要作用。AmiC3 定位在周質(zhì)空間的細胞分裂環(huán)上，AmiC3 的缺失突變體（M40）導致 Anabaena 7120 不能分化異型胞，通過小熒光分子的熒光淬滅恢復實驗證明 M40 細胞質(zhì)之間的物質(zhì)交流受損，減氮誘導條件下菌絲內(nèi)異型胞分化信號分子 HetR 和 PatS 的表達均出現(xiàn)紊亂。電鏡照片顯示 M40 的 nanopores 的直徑遠小于野生型，說明 AmiC3 影響 nanopores 的擴張性，使得誘導異型胞分化的信號分子不能通過 channels 流通擴散，導致格式分化紊亂。該成果解釋了該領(lǐng)域先前電鏡下得到的 channels 與 nanopores 直徑結(jié)果相差甚遠的矛盾，促進了對藍細菌 channels 的形成機制的研究。

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