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结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis,MTB)是最成功的致病菌之一,每年有大约一百四十万的患者死于结核病。随着多重耐药结核(multidrug-resistanttuberculosis,MDR-TB)病例在结核病例中的所占比例的不断上升,以及结核分枝杆菌和HIV共感染病例的增多,目前临床上所使用的抗结核药物,如异烟肼、乙胺丁醇、利福平、链霉素等一线抗结核药物,已经不能应对日趋严重的结核病蔓延趋势。人类在与结核病抗争的这场没有硝烟的战争中,亟需新的抗结核药物和新药靶。
结核分枝杆菌能侵染宿主的巨噬细胞,并能在巨噬细胞内长期存在并形成持留。但迄今为止,关于结核分枝杆菌侵染宿主细胞时的毒力形成机制和持留机制尚不清楚。结核分枝杆菌在与宿主细胞的免疫系统的长期斗争中,进化出了一套复杂的应答系统应对外界环境变化。转录因子在结核分枝杆菌的应答系统中起着重要的作用。LuxR转录因子家族具有调控细菌群体感应、糖酵解、毒力形成、细胞壁合成和生物被膜形成等广泛的调控功能[1,2]。在结核分枝杆菌中,共有七个LuxR家族成员,其中Rv0386不仅具有转录因子的功能域,还具有腺苷酸环化酶的活性,能催化第二信使cAMP的生成,是结核分枝杆菌毒力形成所必须的基因[3]。结核分枝杆菌在侵染宿主的巨噬细胞时,结核分枝杆菌和宿主细胞内的cAMP的数量会发生激增,激增的cAMP能扰乱宿主的信号通路,使结核分枝杆菌能在巨噬细胞内形成持留。
Rv0386的同源基因仅存在于结核分枝杆菌和牛痘分枝杆菌(Mycobacteriumbovis,BCG)中,且同源性为100%。本文从两方面对Rv0386进行了研究,一方面通过对Rv0386的启动子强弱和转录起始位点的研究,以期有助于弄清Rv0386能在结核分枝杆菌侵染宿主巨噬细胞时快速的大量转录后催化cAMP的生成,致使巨噬细胞中毒机制;另一方面通过对过表达Rv0386对宿主菌生理功能的影响,来探究Rv0386在结核分枝杆菌中所调控的生理功能。
对Rv0386启动子活性的研究,是通过将不同长度的Rv0386上游序列片段插入到含有缺失启动子的lacZ基因的pEJ414质粒中,测定含有插入Rv0386上游序列片段的pEJ414重组质粒的耻垢分枝杆菌的半乳糖苷酶的酶活性。研究发现,分别含有插入Rv0386上游100bp、200bp、300bp、400bp、500bp序列片段的pEJ414重组质粒的耻垢分枝杆菌均具有半乳糖苷酶活性。分别含有100bp-pEJ414、200bp-pEJ414重组质粒的耻垢分枝杆菌的酶活相似,且相比含有阳性relA-pEJ414重组质粒的耻垢分枝杆菌极低,但300bp-pEJ414、400bp-pEJ414、500bp-pEJ414的酶活相近且较高。101bp-500bp、201-500bp具相似的酶活,301-500bp、401-500bp几乎没有酶活。这表明,Rv0386的有两个启动子活性区域,分别位于Rv0386基因上游100bp内和201bp到300bp内。并且,通过5RACR测得Rv0386具有两个转录起始位点,分别在基因上游第40位碱基处和277位碱基处。
我们在大肠杆菌DH5α中构建了Rv0386的表达载体,即重组质粒pET32a(+)-Rv0386,并在大肠杆菌BL21(DE3)中顺利表达了Rv0386所编码的蛋白质。Rv0386在大肠杆菌中主要以包涵体的形式存在,上清中表达量极少。据已发表的关于Rv0386文献报道,目前尚未纯化出有活性的Rv0386全蛋白。将Rv0386全蛋白质与转录因子结合位点预测软件所预测的序列进行DNA与蛋白质结合实验检测,未有阳性结果。有可能是纯化得到的Rv0386没有正确空间折叠或者在纯化中丧失了活性。故构建pNIT-myc-Rv0386重组表达质粒,转入与结核分枝杆菌具有高度同源性的耻垢分枝杆菌,以探讨Rv0386对分枝杆菌生理活动的影响。在过表达Rv0386的情况下,分别探究了其对菌株的生长的影响、SDS耐受、生物膜滑动、氧化压力耐受、抗结核药物的耐受、对细胞壁脂溶性的影响、对生物膜形成的影响、对菌株在宿主细胞中持留性以及对定位在Rv0386附近基因在耻垢分枝杆菌中同源基因的表达的影响。研究发现过表达Rv0386,使重组耻垢分枝杆菌的对氧化压力更加敏感、生物膜滑动能力下降。并且定位在Rv0386附近的MetZ、PPE9表达量变化显著。这表明,LuxR转录因子家族成员Rv0386有可能调控基因MetZ、PPE9和结核分枝杆菌中关于氧化压力应答、细胞壁脂质合成、生物膜合成有关的基因。