生物谷报道：美国科学家近日通过研究，揭示了细菌怎样确保对从外界进入的成千上百个信号作出正确的响应，并成功地“重新连接”了控制这些反应的细胞通讯路径。这一研究提升了改造细菌以作为探测化学污染传感器的可能性。相关论文发表在6月13日的《细胞》（Cell）杂志上。
在大多数例子中，通讯路径包括两种蛋白。第一种蛋白称为组氨酸激酶，接收外部信号，接着它激活第二种蛋白，称为应答调控子（response regulator）。
非常关键的是，每个组氨酸激酶只激活适当的应答调控子。不同的组氨酸激酶及应答调控子蛋白在结构上经常非常相似，所以科学家一直想弄清细胞怎样避免路径之间的串扰。
在最新的研究中，美国麻省理工学院的Michael Laub和同事分析了大约200种细菌的基因组，它们具有几百种不同的路径对不同的外部刺激作出响应。营养、抗生素、温度及光能唤起多种响应，包括特殊基因的转录。
根据之前的研究，研究人员总结认为，交互作用的特异性是由组氨酸激酶上的氨基酸以及应答调控子上相应的氨基酸所决定的。
为了证实这种理论，研究人员在近1300对蛋白对（组氨酸激酶及其目标应答调控子）中寻找氨基酸共同进化的模式。当蛋白对中的一个蛋白发生变异时，另一个蛋白中的相应氨基酸也发生变异，这称为共同进化，它的作用在于使蛋白对维持着交互作用。
研究人员最终鉴别出了一小组共同进化的氨基酸。通过使目标氨基酸变异，研究人员成功地“重新连接”了5个路径，从而证实了这些氨基酸决定着信号特异性。
Laub表示，这样的操作能够使科学家改造细菌，使其在检测到甲苯等污染物时表现出发光等新奇的行为，成为有用的生物传感器。（生物谷www.bioon.com）
生物谷推荐原始出处：
Cell，Vol 133, 1043-1054，Jeffrey M. Skerker，Michael T. Laub
Rewiring the Specificity of Two-Component Signal Transduction Systems
Jeffrey M. Skerker,1,4 Barrett S. Perchuk,1 Albert Siryaporn,2 Emma A. Lubin,1 Orr Ashenberg,1 Mark Goulian,2,3 and Michael T. Laub1,
1 Department of Biology, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA
2 Department of Physics, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA
3 Department of Biology, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA
Summary
Two-component signal transduction systems are the predominant means by which bacteria sense and respond to environmental stimuli. Bacteria often employ tens or hundreds of these paralogous signaling systems, comprised of histidine kinases (HKs) and their cognate response regulators (RRs). Faithful transmission of information through these signaling pathways and avoidance of detrimental crosstalk demand exquisite specificity of HK-RR interactions. To identify the determinants of two-component signaling specificity, we examined patterns of amino acid coevolution in large, multiple sequence alignments of cognate kinase-regulator pairs. Guided by these results, we demonstrate that a subset of the coevolving residues is sufficient, when mutated, to completely switch the substrate specificity of the kinase EnvZ. Our results shed light on the basis of molecular discrimination in two-component signaling pathways, provide a general approach for the rational rewiring of these pathways, and suggest that analyses of coevolution may facilitate the reprogramming of other signaling systems and protein-protein interactions.
