铜绿假单胞菌 ExoS 毒素蛋白诱导的细胞凋亡信号通路研究

Pseudomonas aeruginosa encoded cytotoxin, ExoS, can induce apoptosis efficiently in a variety of host cells. The ExoS has an ADP-ribosylating activity which not only triggers apoptosis through JNK activation, but also inhibits the cell survival pathway through inhibition of ERK signaling pathway. The later effect is through ADP-ribosylation of Ras protein, however, the ExoS substrate responsible for the activation of the JNK signaling pathway is not known. Another interesting observation relates to G1 phase cells being much more sensitive to the ExoS induced apoptosis than those in other cell cycle phases. In this project, we intend to identify and characterize the ExoS substrate which triggers the apoptotic signaling. Then, we will further study the mechanism by which cell cycle influences the ExoS-mediated apoptosis. These studies will provide a new perspective on apoptosis regulation and thus provide new strategies for the targeted killing of cancer cells.

铜绿假单胞菌所编码的毒素蛋白 ExoS 能够高效地诱导多种宿主细胞的凋亡。ExoS 通过其 ADP 核糖转移酶活性来激活JNK介导内源性凋亡通路，同时还抑制 ERK 信号通路介导的存活途径。ExoS 通过 ADP 糖基化 Ras 蛋白来抑制 ERK 信号通路, 而其激活 JNK 信号通路的分子机理尚不清楚。有趣的是, G1 期细胞对 ExoS 引起的凋亡比其他周期的细胞更为敏感。 在本项目申请中, 我们拟确定 ExoS 诱导凋亡途径的最关键成分，也就是 ExoS 的底物蛋白。然后, 我们将对 ExoS 介导的细胞凋亡与细胞周期的相关性机理进行研究。 对 ExoS 介导的凋亡途径的研究能为细胞凋亡调节途径提供新的观点, 进而为靶向诱导细胞凋亡治疗癌症提供新的途径。

铜绿假单胞菌是一种重要的人类条件致病菌，III型蛋白分泌系统(T3SS)是其一个重要的毒力因子，在其引起宿主急性感染过程中发挥着重要的作用。该菌具有天然的和可获得的多种耐药机制，为临床治疗该菌的感染带来了巨大困难。本项目旨在研究T3SS 效应因子ExoS诱导宿主细胞凋亡的分子机制。在项目执行期间，我们进行了以下研究并取得如下成果：1）铜绿假单胞菌SuhB通过调节核糖体停顿来调控其MexXY外排泵的表达，进而影响其对氨基糖苷类抗生素的耐药性；2）利用细菌III型分泌系统向多能干细胞中注入TALEN可以对多能干细胞进行高效地基因编辑；3）利用细菌III型分泌系统注入特定的转录因子可以诱导胚胎干细胞定向分化为心肌细胞；4）在环丙沙星诱导的铜绿假单胞菌持留菌中HigB通过上调III型分泌系统增强对吞噬细胞的杀伤能力；5）铜绿假单胞菌Orn调控其III型分泌系统的表达并影响该菌的致病性；6）铜绿假单胞菌PA3297基因可以中和阿奇霉素的抗菌作用；7）铜绿假单胞菌PNPase通过影响小RNA RsmY/RsmZ的稳定性影响多种毒力因子的表达；8）确定了一个能够同时抑制铜绿假单胞菌毒性和抗生素抗素的小分子化合物；9）受邀撰写了一篇综述：核糖体停顿和营救调控细菌基因的表达；10）铜绿假单胞菌PA5470能够通过释放停顿的核糖体中和阿奇霉素的抗菌效果；11） DeaD影响铜绿假单胞在小鼠急性肺炎模型中的毒力作用；12）铜绿假单胞菌eno影响其对氧化压力的耐受性及其毒力；13）铜绿假单胞菌Orn通过影响绿脓杆菌素的合成而增强其对环丙沙星的耐受性；14）宿主体内环境影响了铜绿假单胞菌对氨基糖苷类抗生素的敏感性；15） Fis通过影响exsA的转录调控铜绿假单胞菌的III型分泌系统。这些发现能够增加人们对铜绿假单胞菌致病性机理及耐药机制的认识，希望能够为铜绿假单胞菌感染的治疗提供新的靶点和新的思路。