Nα和Nε乙酰化修饰通过调控GroES功能调控结核杆菌感染毒力的新型分子机制的研究

Tuberculosis caused by Mycobacterium tuberculosis is one of the top 10 lethal diseases in the world and continues to threaten human health and life. Mycobacterium tuberculosis can adapt to host environment and cause persistent infection by regulating its own metabolism. We identified the acetylation profile of Mycobacterium tuberculosis early. We found that the reversible Nε acetylation modification regulated by Rv1151c regulates the virulence of Mycobacterium tuberculosis, and the irreversible Nα acetylation modification regulated by RimI regulates the growth and intracellular survival of Mycobacterium. In the process of screening existing data, we found that an important co-chaperone and small molecule antigen GroES of Mycobacterium tuberculosis performs Nε and Nα acetyl modification, and regulated by Rv1151c and RimI. Based on the previous work, this project explored the mechanism of two acetylation of Nε and Nα, which regulate the function of GroES and regulate the virulence of Mycobacterium tuberculosis. It is the first time to explore a novel molecular mechanism for the acetylation modification to control the virulence of Mycobacterium tuberculosis and reveal the regulatory mechanism of Mycobacterium tuberculosis to the host environment from a new perspective. The research results provide new clues for the development of biomarkers, drug targets and drug discovery.

结核杆菌引起的结核病是全球十大致死疾病之一，持续威胁人类健康和生命，结核杆菌可以通过调控自身代谢适应宿主环境并造成持续性感染。我们前期鉴定了结核杆菌的乙酰化修饰谱，研究发现由Rv1151c调控的可逆的Nε乙酰化修饰调控结核杆菌毒力，由RimI调控的不可逆的Nα乙酰化修饰调控分支杆菌的生长和胞内生存。在对现有数据挖掘筛选过程中，我们发现结核杆菌重要的共分子伴侣兼小分子抗原GroES存在Nε和Nα乙酰化修饰，并受Rv1151c和RimI调控。本项目在前期工作基础之上，探索Nε和Nα两种乙酰化修饰调控GroES的功能并调控结核杆菌毒力的作用机制。首次探索两种乙酰化修饰协作调控结核杆菌感染毒力的新型分子机制，从全新的角度揭示结核杆菌适应宿主环境的调控机制，研究成果为结核病生物标志物、药靶和药物研发提供新线索。

由结核杆菌引起的结核病依然是威胁人类健康的重大传染性疾病，结核杆菌可以通过调控自身代谢及分泌毒力因子等机制适应宿主微环境并造成持续性感染。我们的研究发现调控结核杆菌Nα乙酰化修饰的RimI及调控Nε乙酰化修饰的Rv1151c均可调控结核杆菌结核杆菌感染毒力。我们构建了H37Rv菌株的Rv1151c敲除株及过表达株，生长曲线结果表明野生株、敲除株和过表达株在正常培养条件下生长没有差异，而在酸性培养条件下，Rv1151c过表达株的生长受到抑制，另外，敲除株的巨噬细胞内生存能力显著高于野生株，且均显著高于过表达株，RNAseq结果表明在过表达株中很多与结核杆菌毒力密切相关的毒力因子如ESAT-6，PE/PPE家族等基因的转录水平显著下调。另一方面，耻垢分枝杆菌过表达rimI可显著增强细菌耐低氧、耐酸、抗表面活性剂、抗氧化、耐高温及巨噬细胞内存活能力。另外，我们构建了H37Rv菌株rimI过表达株并制备了针对GroES的特异性抗体，研究表达过表达rimI可显著上调GroES的分泌水平。随后，我们纯化了GroES蛋白，细胞实验结果显示GroES能激活NFκB和MAPK信号通路，并促进TNFα分泌。而后，我们又构建了H37Rv菌株groES过表达株，结果显示groES和rimI过表达菌株引起的细胞凋亡水平显著高于空载菌株感染的细胞，而细胞坏死比例则相反。这表明groES和rimI可存进细胞凋亡抑制坏死。我们利用真核细胞表达载体在293T细胞中过表达groES，流式检测发现groES促进细胞凋亡，进一步研究发现groES可促进细胞ROS水平，这提示groES可能通过增强细胞ROS促进细胞凋亡。综上， GroES作为被两种乙酰化修饰调控的目标，在结核杆菌与宿主相互作用过程中发挥重要作用，综合研究不同乙酰化修饰对结核杆菌毒力的调控机制，可以全面了解乙酰化修饰，对于寻找新的药物靶点或治疗干预靶点具有重要意义。.项目执行期间，发表了高水平学术论文2篇，其中中文核心1篇，SCI收录1篇；培养博士后1名，博士研究生1名，硕士研究生1名。项目总投入21.00万元，结余1.59万元，各项支出与预算相符，剩余经费计划用于本项目后续研究支出。