環二鳥苷酸

環狀二鳥苷酸（cyclic di-GMP，亦稱為環狀二鳥苷酸鹽或 c-di-GMP）是一種在多種細菌中用於訊息傳導的第二信使。目前已知古菌不使用環狀二鳥苷酸，而在真核生物中僅在盤基網柄菌中觀察到。環狀二鳥苷酸的生物學作用首次被揭示，是當它在木糖葡糖醋桿菌中被鑑定為一種纖維素合成酶的異位活化劑，以用於生產微生物纖維素。

在結構上，它是一個僅含有兩個鳥嘌呤鹼基的環狀分子，鹼基之間由核糖和磷酸鹽連接。

功能

接觸表面會增加 c-di-GMP 的濃度，進而增加胞外多醣（EPSs）及其他胞外聚合物基質組分的轉錄、轉譯及轉譯後作用（參見 Jenal 等人 2017 年的綜述）。在細菌中，某些信號是透過合成或降解環狀二鳥苷酸來傳遞的。環狀二鳥苷酸由具有二鳥苷酸環化酶活性的蛋白質合成。這些蛋白質通常帶有特徵性的 GGDEF 模體，此模體指的是一個由五個胺基酸組成的保守序列。環狀二鳥苷酸的降解則受具有磷酸二酯酶活性的蛋白質影響。這些蛋白質帶有 EAL 或 HD-GYP 胺基酸模體。已知至少在某些生物體中受環狀二鳥苷酸調控的過程包括：生物膜的形成（例如 Steiner 等人 2013 年發現的 EPS 基質）、運動性（特別是從運動態到固著態的轉變，參見 Jenal 等人 2017 年的綜述）以及毒力因子的產生。

調節

環狀二鳥苷酸的水平是透過多種機制來調節的。許多帶有 GGDEF、EAL 或 HD-GYP 結構域的蛋白質被發現與其他可接收信號的結構域共存，例如 PAS 結構域。降解或合成環狀二鳥苷酸的酶被認為是定位於細胞的特定區域，在受限的空間內影響受體。在木糖葡糖醋桿菌中，c-di-GMP 作為纖維素合成酶的高親和力異位活化劑，刺激葡萄糖聚合成纖維素。某些二鳥苷酸環化酶會受到環狀二鳥苷酸的異位抑制。

環狀二鳥苷酸的水平透過多種機制調節其他過程。木糖葡糖醋桿菌的纖維素合成酶受到環狀二鳥苷酸的異位刺激，這提供了一種環狀二鳥苷酸調控纖維素合成酶活性的機制。PilZ 結構域已被證明會與環狀二鳥苷酸結合，並被認為參與了依賴於環狀二鳥苷酸的調節作用，但其具體機制尚不清楚。最近對兩種細菌的 PilZ 結構域進行的結構研究表明，PilZ 結構域在與環狀二鳥苷酸結合後，其構象會發生劇烈變化。由此可以有力地推斷，PilZ 結構域的構象變化使其能夠調控目標效應蛋白（如纖維素合成酶）的活性。被稱為環狀二鳥苷酸-I 核糖開關和環狀二鳥苷酸-II 核糖開關的核糖開關，能在多種細菌中根據環狀二鳥苷酸的濃度調節基因表現，但並非所有已知使用環狀二鳥苷酸的細菌都具有此機制。

與宿主的關聯

環狀二鳥苷酸已被證實與多種假單胞菌屬物種的宿主關聯性有關。在一項實驗中，將蒼白假單胞菌與其線蟲宿主秀麗隱桿線蟲共同培養，觀察到某些基因發生了基因突變，這些突變會上調 c-di-GMP，從而導致一種宿主專一性型態型的出現。影響 c-di-GMP 調節的突變是透過全基因組定序發現的。來自 wsp 操縱組的 wspE 和 wspF 基因均表現出上調 c-di-GMP 的突變。此外，rph 基因的突變也被確定會影響 c-di-GMP 的表現，這是一項新的發現，因為 rph 以往從未被認為與 c-di-GMP 的調節有關。

關於 c-di-GMP 在新月柄桿菌、綠膿桿菌、木糖駒形桿菌/木糖葡糖醋桿菌、黃色黏液菌、噬菌蛭弧菌及螢光假單胞菌中的作用綜述，請參見 Jenal 等人 2017 年的文獻。

參見

• 環狀二腺苷酸