铜绿假单胞菌SuhB蛋白的功能及其调控途径和分子机制

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病原茵致病的基础是其携带的毒性基因,对毒性基因功能和调控的研究有助于我们了解病原菌的致病过程,并为有针对性的设计新型药物和治疗方法提供线索。本实验室研究的模式菌为铜绿假单胞菌,该菌为条件致病菌,能够编码多种毒力因子,其中,Ⅲ型分泌系统(T3SS)和运动能力与急性感染相关,而Ⅵ型分泌系统(T6SS)和生物被膜则与慢性感染有关。课题组前期的研究发现铜绿假单胞菌中一个被命名为suhB的基因对T3SS的表达和致病性起着关键作用,采用小鼠急性肺炎模型发现suhB基因在体内感染中表达上调,而且suhB基因的敲除极大地降低了该菌的毒性。  在实验室已有的研究基础上,在T3SS诱导条件下通过转录组测序(RNA-seq)研究suhB缺失突变株和PAK野生型的基因表达差异,发现suhB缺失突变株中exoS、exoT及其他T3SS相关基因的mRNA水平显著降低,与鞭毛生物合成有关的基因表达水平明显下降,而与T6SS相关的基因表达水平则显著提高。对运动能力表型和T6SS蛋白表达水平检测发现,suhB缺失突变株的泳动能力明显减弱,T6SS效应蛋白Hcp1的表达显著增强,与RNA-seq中相关基因的转录表达水平相一致。进一步研究发现,SuhB通过控制GacA和RsmY/Z两种小RNA分子水平的变化来调节T3SS、运动能力、T6SS和生物被膜相关基因的表达。在Δsuh中敲除gacA或rsmY/rsmZ后ExoS的表达和分泌均得到了部分恢复,且Hcp1蛋白的表达水平显著降低,生物被膜表型消失,说明SuhB在调控铜绿假单胞菌急性和慢性感染相关毒力因子之间的转换及致病性方面起着关键作用。  为更加明确SuhB调控途径中的未知因子,采用亲和层析、免疫共沉淀及蛋白质组学手段分析鉴定SuhB相互作用蛋白,发现核糖体蛋白及RNA聚合酶β链和β链亚基能和SuhB共纯化。而且,PA5471、mexX、mexY、PA0826.1及smpB等与蛋白质翻译错误及核糖体延宕应激响应相关的基因表达量在ΔsuhB中显著提高。通过翻译能力测试发现ΔsuhB中核糖体的翻译能力相比野生型降低了1.61倍,说明suhB基因突变以后,核糖体的功能降低,且这种降低导致ΔsuhB菌株的世代时间延长了近3倍。推测铜绿假单胞菌suhB基因突变以后核糖体稳定性降低,沿mRNA链移动时脱落增多,或者在移动时速度减缓,导致延伸速率和翻译能力降低;还有可能是SuhB承接着转录与翻译的偶联,在转录和翻译层次上对基因表达进行全局性的调控,在ΔsuhB菌株中,当翻译受影响时,转录也将受到抑制,随后可能是DNA的复制障碍,最终将演变成为整个细胞的生长缺陷。  以上这些结果表明,当suhB在体内感染中被诱导表达时,它可通过GacA-RsmY/Z途径来调控铜绿假单胞菌的急性和慢性感染过程。此外,SuhB可能承接着转录与翻译的偶联,通过与核糖体蛋白及RNA聚合酶β链和β链相互作用,在转录和翻译层次上对基因的表达进行全局调控。这些研究将有助于了解铜绿假单胞菌的致病机理和T3SS表达调控的分子机制,从而为预防和治疗铜绿假单胞菌引起的感染及研发新药靶标提供新的线索。
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