柠檬酸调控金黄色葡萄球菌基因表达的分子机制研究

Staphylococcus aureus (S. aureus) is one of the important pathogenetic bacteria. The increasing prevalence of methicillin-resistant S.aureus (MRSA), which is also called superbugs, has caused great challenge to the clinical therapy. Understanding of the molecular mechanism of S.aureus pathogenicity will ultimately provide new strategies for combating these infectious diseases. In previous studies, we found that citrate could regulate gene expression by activating the transcriptional regulation factor CcpE, suggesting it is an important endogenous signal molecule in S.aureus. Based on this, we recently got some new progress. The growth ability of the TCA cycle mutants varied when cultured in iron-limited medium. Besides, these mutants could not hydrolyze urea to the same extent. It seems that the concentration of citrate in mutants is key to these different phenotypes. In this study, we plan to explore the molecular mechanism of the two biological functions mediated by citrate. Regulation pathway by which gene expression is controlled by citrate, as well as the pathogenicity impacted by citrate will also be investigated. The successful of this project will help us further explain how central metabolic in S.aureus affects the expression of virulence factors, and provide experimental supports for understanding the molecular mechanism of S.aureus pathogenicity.

金黄色葡萄球菌（金葡菌）是一类重要的病原细菌，严重危害人类的健康。其中，甲氧西林耐药的金葡菌，也称为“超级细菌”，给临床治疗带来了巨大的困难。已有的研究表明，对金葡菌致病力的分子基础研究，可以为抗感染药物的开发提供新的思路。在前期的研究中，我们发现柠檬酸可以通过转录调节因子CcpE介导的信号途径，调控基因的表达。暗示柠檬酸是金葡菌中一个重要的内源性信号分子。在本项目已有的工作中，我们又发现：三羧酸循环的突变体在缺铁培养基中的生长能力和水解尿素的能力均存在显著差异，且这些差异与突变体中的柠檬酸浓度密切相关。本申请项目拟基于已有的工作基础，进一步探索柠檬酸介导的上述生物学功能的分子机制；同时，研究柠檬酸水平的变化调控金葡菌基因表达的途径，并探讨柠檬酸对金葡菌致病力的影响。本项目的顺利实施将有助于阐明金葡菌中心代谢对细菌毒力因子表达的影响，为深入理解金葡菌致病性的分子机制提供实验基础

金黄色葡萄球菌（金葡菌）是一种重要的人类病原菌。耐甲氧西林的金葡菌（MRSA）引发的感染，给临床治疗带来极大挑战，MRSA也因此被WHO在需要开发新抗菌药物的病原菌清单中列为高度优先级。加强对金葡菌代谢调控的基础研究，有利于我们深入理解金葡菌致病的分子机制。在前期的研究中，我们发现转录调控因子CcpE（Catabolite control protein E）可以通过感应柠檬酸的浓度来调控顺乌头酸合酶基因（citB）的表达，并因此调控TCA循环的活性（PNAS. 2014, 111:E4981-90）。为了进一步理解柠檬酸调控金葡菌基因表达的分子机制，我们构建了不同柠檬酸水平的基因突变株，并对其基因表达谱和代谢谱进行了分析。结果表明：在转录水平上，柠檬酸主要依赖于CcpE的功能来调控基因的表达；在代谢水平上，柠檬酸还可通过不依赖于CcpE的方式调控代谢活性。为了深入理解柠檬酸与CcpE的互作细节，我们对两者进行共结晶并获得了复合物的晶体结构。根据晶体结构对互作氨基酸进行点突变，并用报告基因证实了关键的活性氨基酸位点。体外的DNA亲和纯化及测序分析发现：CcpE主要结合在代谢、毒力及转运相关基因的启动子区域，与其转录调控因子的角色相符。我们选取了IDAP-Seq实验中富集倍数最高的靶基因作为研究对象，阐明了柠檬酸依赖于CcpE调控其表达及对金葡菌生长和致病力的影响。目前，相关研究成果正在撰写当中。.另外，在本项目的资助下，申请人主要以金黄色葡萄球菌为研究对象，开展了硫鎓修饰万古霉素新型衍生物的药效学和抗耐药菌机制研究，并以共同第一作者在Angewandte Chemie International Edition上发表文章一篇；申请专利两项(201811109378.X，PCT/CN2019/105489)。