YihE激酶参与的细胞途径及其对细菌的保护机制

With the increasing emergence of antimicrobial resistance, searching for new targets and enhancing the efficacy of drugs currently in use become urgent challenges for us. In our previous studies we discovered a new bacterial Ser/Thr protein kinase in Escherichia coli, and we showed that, as a central regulator of programmed cell death, YihE could protect bacterial cells from the lethal action of antimicrobial agents. However, the detailed mechanism of this protection is still unclear. In the proposed work, according to our mode of action of YihE, the signaling pathway(s) through which YihE senses the lethal stress when exposed to antimicrobial agents and the protective responses of YihE will be studied. That is to identify the cellular factor(s) that regulates the expression of yihE, to identify the cellular target(s) of YihE, and to explore the relationship between YihE and the key factor involved in the lethal action of antimicrobial agents, the MazEF programmed cell death pathway. The aim of the project is to understand the mechanism of protection provided by YihE under drug treatment. The project will help us to better understand the bacterial responses to environmental stresses and the mechanisms of surviving under drug treatment, which would provide new insights into the emergence of antimicrobial resistance and shed light on new ways to contain the development of bacterial resistance.

面对日益严重的细菌抗药性问题，如何寻找新的药物作用靶目标和有效提高现有药物的药效是人类刻不容缓的研究课题。我们前期工作中在大肠杆菌中发现了一个新的细菌Ser/Thr蛋白激酶YihE，它是细菌程序性死亡途径中的关键调控因子，在药物处理时对细菌具有保护作用，但是其详细的作用机制还不清楚。在本研究中，我们根据假设的YihE作用机制模型，拟对药物处理时压力信号传递至YihE的途径和YihE对此信号所作出的保护性反应进行研究，即鉴定调控yihE基因表达的细胞因子，筛选YihE在细胞内的作用靶目标，探明YihE及其靶目标与药物杀菌过程中起关键作用的MazEF程序性死亡途径的关系，从而阐明YihE对细菌的保护机制。本项研究有助于我们进一步认识细菌与外界环境的相互作用及细菌在药物处理时的生存机制，可以让我们从一个新的角度认识细菌抗药性的产生，为更好地应对细菌抗药性问题提供新的思路和方法。

面对日益严重的细菌抗药性问题，如何寻找新的药物作用靶目标和有效提高现有药物的药效是人类刻不容缓的研究课题。我们前期工作中在大肠杆菌中发现了一个新的细菌Ser/Thr蛋白激酶YihE，它在药物处理时对细菌具有保护作用，但是其具体的作用机制还不清楚。在本研究中，我们对药物处理时YihE对细菌的保护机制进行了研究，即鉴定了调控yihE基因表达的细胞因子，筛选了YihE在细胞内的作用靶目标，分析了YihE的作用途径及其机制。由此提出了YihE对细菌的保护机制模型：即在药物存在下，Cpx双组分调控系统及其它细胞调控因子感受到外界刺激，促进YihE的表达，而YihE通过以下方式对细菌起到保护作用：1）调控细胞内硝酸盐代谢维持细胞内活性氮正常水平，避免其过高影响细胞存活；2）通过调控ED途径控制细菌胞内游离铁水平，进而降低细胞内活性氧水平而保护细菌；3）参与调控细菌氧化应激反应降低胞内活性氧水平对细菌起到保护作用；4）通过调节碳代谢相关蛋白PpsA和Pgm，以及DnaK等蛋白的活性，缓解药物处理时所产生的磷酸葡萄糖压力，避免由于葡糖-6-磷酸过度积累和磷酸烯醇式丙酮酸耗竭引起的细胞生长抑制和死亡。对YihE保护机制的揭示有助于我们进一步认识细菌与外界环境的相互作用及细菌在药物处理时的生存机制，可以让我们从一个新的角度认识细菌抗药性的产生，为更好地应对细菌抗药性问题提供新的思路和方法。