细菌来源的miRNA样小RNA的产生机制及在细菌-宿主相互作用中的功能

Accumulating evidences demonstrate that virus, bacteria, insect and pathogenic fungi in plants can inject their RNA fragments into the host plant cells, and utilize host plant cell Argonaute (AGO) protein-based miRNA processing machinery to further cleave these RNAs into functional miRNA-like RNA fragments. The studies by us and others have demonstrated that miRNA can also mediate the cross-species or cross-kingdom regulation at posttranscriptional level. Although bacteria themselves cannot produce miRNA, our recent study discovers that after entering the host cells, bacteria can release large amount of RNA fragments into the host cell cytosol via bacterial OMV pathway, and more strikingly, by hijacking mammalian cell AGO2-based miRNA processing machinery, bacteria can further cleave their RNAs into miRNA-like RNA fragments that decrease host cell anti-microbial capacity. The present project will use Salmonella as a bacteria model to study the mechanism that governs the biogenesis of bacteria-derived miRNA-like RNA fragment in the host cells and the functions of these new exogenous miRNA-like RNA fragment in modulating bacteria-host interactions.

大量的研究表明病毒，细菌，昆虫和寄生植物可以将自身RNA递送入其宿主植物细胞中，借助植物细胞中的AGO蛋白剪切生成具有调控作用的miRNA样小RNA。我们和其它研究组的研究表明miRNA也可以在转录后水平跨物种的介导哺乳动物与其它物种间的交互调控。虽然细菌本身已经被证实不能产生miRNA,但是近期我们的实验证明细菌可以通过外膜囊泡（OMV）向宿主细胞内释放大量非编码RNA,这些非编码RNA通过挟持哺乳动物细胞内AGO2蛋白剪切生成miRNA样的小RNA，通过沉默宿主基因，促进细菌感染。本项目将以沙门氏菌为研究对象，重点研究细菌来源的miRNA样的小RNA产生机制及其在细菌-宿主相互作用中的功能,以期揭示AGO2蛋白介导的外源性miRNA样小RNA生成的分子机制和外源性miRNA样小RNA介导的细菌与宿主间交互调控的作用机理。

病毒，细菌，昆虫和寄生植物可以将自身RNA递送入其宿主植物细胞中，借助植物细胞中 的AGO蛋白剪切生成具有调控作用的miRNA。本项目以沙门氏菌为研究对象，通过高通量测序技术分离鉴定了沙门氏菌感染哺乳动物细胞沙门氏菌内差异表达的sRNA和感染的细胞内的sRNA。进一步的分析表明在沙门氏菌感染过程中，沙门氏菌通过细胞外囊泡（OMV）递送自身的具有发夹结构的RNA片段进入感染细胞，并利用宿主细胞内miRNA生成系统产生miRNA样的sRNA。这些沙门氏菌来源的sRNA通过RISC复合物抑制细胞内一氧化氮合成酶的表达，从而促进沙门氏菌在宿主细胞内的生存率。进一步的，我们利用该原理设计合成了能够表达针对KRAS的干扰RNA的减毒的工程化沙门氏菌。该沙门氏菌能够在宿主细胞内表达KRAS 的干扰RNA，从而可以抑制宿主细胞KRAS的表达。利用该工程细菌，我们成功缓解了由APC敲除小鼠自发形成的结肠癌。通过本项目的研究，我们揭示了细菌与宿主之间通过 sRNA 进行交互调控的分子机制,为细菌性感染病的治疗寻找到了新的靶点和方法。更重要的是，通过本项目的研究，我们全面揭示了AGO2 蛋白剪切外源性核酸的规律和作用模式，为研究 AGO2 蛋白介导的外源性核酸剪切的分子机制研究奠定基础。此外，我们通过同源重组的方法在我们研究的基础上还为肠道疾病，尤其是肠道肿瘤提供了一种新的核酸类药物递送方法，具有潜在的临床应用价值。