NGG1基因对白念珠菌菌丝形成和致病力的影响及机制研究

In recent years, the incidence of deep fungal infection is increasing rapidly, with Candida albicans infection was the most serious pathogenic fungi. The discovery and study of C. albicans virulence factor is imminent nowadays. Previously, using Caenorhabditis elegans screening model which we learned from Brown University, we screened C. albicans mutant library which we got from Fungal Genetics Stock Center. Through these experiments, the first time we found NGG1 gene may play an important role in the hyphal formation and pathogenicity of C. albicans. NGG1 is predicted to encode component of histone acetyltransferase complex in C. albicans. However, no related literature has been reported. The plan of this project is ① Knockout NGG1 in C. albicans strains using SAT1 Flipper technology, and construct the reintegrated strain. ② Evaluate the pathogenicity of the knockout strain using mouse model and C. elegans model to determine the effect of NGG1 on the pathogenicity of C. albicans. ③ Uncover the basic biological function of NGG1 gene in C. albicans and investigate its effect on the hyphal formation and other biological phenotype of C. albicans. ④ Investigate the molecular mechanism of NGG1 gene on the hyphal formation and pathogenicity of C. albicans. This project would provide foundation to comprehensively understand the pathogenic mechanism of pathogenic fungi.

近年来深部真菌感染发病率越来越高，其中以白念珠菌感染最为严重，因此对于白念珠菌致病因子的发现和研究迫在眉睫。我们前期采用从美国布朗大学引入的线虫筛选模型对真菌遗传学储备中心的白念珠菌突变菌库进行了筛选评价，国际上首次发现NGG1基因可能对白念珠菌的菌丝形成和致病力具有重要影响。NGG1基因在白念珠菌内的功能尚未有研究报道，仅被预测可编码组蛋白乙酰化转移酶复合物的组成部分。本项目计划 ① 用先进的SAT1 Flipper技术在白念珠菌标准菌株中敲除该基因，并构建回复菌。② 采用线虫模型和小鼠模型评价基因敲除菌的致病力，确定NGG1对白念珠菌致病力的影响。③ 明确NGG1基因在白念珠菌内的基本生物学功能，并仔细考察其对白念珠菌菌丝形成等各生物学表型的影响。④ 深入研究NGG1基因对白念珠菌菌丝形成和致病力影响的分子机制。通过上述研究，本项目将为进一步全面理解真菌的致病机制提供基础。

近年来深部真菌感染发病率越来越高，其中以白念珠菌感染最为严重，因此对于白念珠菌致病因子的发现和研究迫在眉睫。课题组前期采用从美国布朗大学引入的线虫筛选模型对真菌遗传学储备中心的白念珠菌突变菌库进行了筛选评价，发现NGG1基因可能对白念珠菌的菌丝形成和致病力具有重要影响。生物信息学分析预测NGG1可能编码组蛋白乙酰化转移酶复合物的组成部分。本研究首先采用caSAT1基因敲除策略在野生型白念珠菌SC5314中成功敲除了NGG1基因，生物学功能实验表明NGG1基因缺失后菌株组蛋白H3的乙酰化水平显著降低，证实了其在组蛋白乙酰化过程中发挥的重要作用。表型研究发现NGG1基因缺失后菌株生长速率减弱，平台期菌浓度降低；在各种菌丝诱导培养基中菌丝形成能力降低；生物被膜形成能力下降；对氧化刺激，唑类药物以及作用于细胞壁的药物敏感性增强；对线虫、蜡螟的致病力下降，对小鼠无致病力。表达谱芯片实验表明在菌丝诱导条件下，NGG1基因缺失菌的一些质膜、液泡、微粒体以及过氧化物酶体的相关基因表达上调，这些基因分别涉及到白念珠菌含氧酸、有机酸、羧酸、脂肪等的生物合成、转运、代谢以及细胞内的氧化还原反应。同时NGG1基因缺失菌中一些涉及到白念珠菌细胞成分的调控，染色体的分离和组成，细胞周期调控，有丝分裂调控，以及蛋白质修饰等的基因表达下调。这些结果表明Ngg1可能参与了白念珠菌的能量代谢通路并在白念珠菌有丝分裂过程中发挥重要作用。通过本项目的研究，我们得出以下结论：1、线虫筛选模型作为新型无脊椎动物筛选模型，在筛选白念珠菌菌丝形成和致病力相关基因上具有显著的优势。2、NGG1参与了白念珠菌很多营养物质的生物合成，转运和代谢，并对菌株的细胞周期，有丝分裂等产生影响，这进一步影响到菌株的生长速率，形态转换以及致病力, 其机制可能与该基因参与编码白念珠菌组蛋白乙酰化转移酶的生物学功能相关。鉴于Ngg1在真菌中的保守型以及与人类同源蛋白的相似度较低，该蛋白有潜力成为新的抗真菌药物靶点。