转录因子Sfu1和Sef1调控白色念珠菌共生-致病转化的分子机制研究

The opportunistic human fungal pathogen Candida albicans (C.albicans) transitions between distinct lifestyles as a normal component of the human gastrointestinal (GI) microbiome and the most common agent of disseminated fungal disease. So far, molecular mechanisms regulating the transition from being a commensal to being a pathogen are still unclear. We previously identified the iron-related transcription factors Sfu1 and Sef1 as key players in both C. albicans commensalism and pathogenicity. Here, in order to explore potential roles of Sfu1 and Sef1 in regulating this important disease developmental transition, we seek to propose this research with two specific aims: (1) Sfu1 and Sef1 protein modifications and in vivo gene expression profiling governed by Sfu1 and Sef1; (2) Mechanisms by which C. albicans interacts with other microbes during GI tract colonization. This study is expected to provide important insights to better understand C.albicans commensalism, pathogenicity and their transitions. Moreover, we hope that our proposed research can provide bases on how to control and prevent fungal infection, and to discover new targets of anti-fungal drugs.

白色念珠菌作为常见的人类条件性致病真菌，既能以共生菌方式存在于人体肠道等粘膜表面而不致病，又能在人体免疫系统受到破坏或正常菌群相互制约作用失调时由共生菌转化成致病菌，能够侵染人体几乎所有器官而导致严重的念珠菌病。目前，调控白色念珠菌由不致病的共生菌转化成致病菌的分子机制尚未阐明。申请人前期工作首次发现铁调控转录因子Sfu1和Sef1在促进白色念珠菌肠道共生和致病过程的重要作用。为探索Sfu1和Sef1调控共生-致病这一重要病理发展过程的分子机制，本项目拟开展如下研究：1）白色念珠菌共生-致病转化过程中Sfu1和Sef1的蛋白表达修饰以及它们的基因表达调控机制；2）Sfu1和Sef1调控宿主肠道内白色念珠菌与其它菌群之间相互作用的分子机理。本课题的研究将加深对白色念珠菌从共生菌到致病菌这一感染转化过程的理解，并且为控制和预防真菌感染，发现抗真菌药物的新作用靶点提供理论依据。

白色念珠菌作为常见的人类条件性致病真菌，既是共生菌又是致病菌。研究共生-致病的相互转化分子机制将不仅揭示有关共生和致病发展的基本规律，更为重要的是，这些研究还将有助于找到促进人类健康和防治疾病的一些新方法。我们前期工作发现白色念珠菌中铁调控转录因子Sfu1和Sef1在促进白色念珠菌肠道共生和致病过程的重要作用：Sfu1是重要共生因子，而Sef1则既是共生因子又是关键致病因子。本项目中我们围绕这两个关键转录调控因子，深入研究其通过蛋白转录后修饰共同调控共生和致病转换的分子机制，并在此基础上对研究内容进一步拓展，获得了一系列原创性的研究成果。..首先，我们发现转运蛋白Nmd5在低铁条件下将Sef1蛋白水平控制在一定水平，以避免过量Sef1在核内富集导致铁吸收基因转录的过度激活，确保Sef1不会因为在核内大量富集而异常激活一些低铁条件下通常被抑制或低水平表达的基因。同时通过调控Sfu1的转录后修饰阻止该负调控因子在低铁条件下异常入核，从而避免该条件下铁利用基因表达的不正常激活 (论文已投稿，PLOS Biology)；其次，我们发现蛋白激酶Ssn3调控白色念珠菌共生-致病转化的作用机制：低铁条件下磷酸化修饰 Sef1、促进其入核而激活铁吸收基因的表达，而富铁条件下则磷酸化Hap43、导致泛素化修饰降解而负调控其转录功能（论文正在撰写）；最后，我们通过体外实验证明白色念珠菌能够促进肠道共生细菌的生长和增殖，其中转录因子Sef1和Sfu1起了非常重要的调控作用（Microbiol Res. 2018）。..另外，我们在完成该项目设计的各个实验并且取得突破性进展的同时，还把白色念珠菌共生机制方面的研究延伸到碳源代谢方面。首次发现白色念珠菌利用非发酵类碳源的能力对于其在宿主肠道环境的共生定植至关重要，而线粒体复合物I起到了关键的调控作用（PLOS Pathogens, 2017）。同时，我们还发现光滑念珠菌的耐药新机制，首次揭示核心转录因子Pdr1其碳末端序列对于该因子的转录自调控以及耐药基因表达至关重要（FEMS Yeast Res. In revision）。..项目执行过程结合自身研究发现，我们受邀为由Springer Nature 出版、美国伊利诺依大学Sun和Dudeja主编的书籍撰写关于白色念珠菌共生与人类疾病关系方面的章节，现已出版发行。