PknG促进结核分枝杆菌胞内存活的分子机制研究

The global situation of drug-resistant tuberculosis (TB), especially multidrug-resistant and extensively drug-resistant TB is very severe. With limited number of effective drugs available for the treatment of drug-resistant TB cases, more intensive efforts are urgently needed for the development of anti-TB drugs based on novel drug targets. In order to survive and evolve in the host macrophages for long-term, M. tuberculosis needs to interact and exchange information with host macrophages frequently. Thus it is of great importance to investigate the molecular mechanisms underlying the intracellular survival of M. tuberculosis to gain a better understanding of the pathogenesis of TB as well as to identify novel anti-TB drug targets. Previous studies have shown that there are 11 eukaryotic serine-threonine kinases within M. tuberculosis, among which the PknG is secreted into host macrophages and is required for the intracellular survival of M. tuberculosis, thus it is a potently ideal novel anti-TB drug target, but the mechanisms by which PknG promotes the intracellular survival of M. tuberculosis are largely unclear. In this project, we will apply multiple methodologies and techniques of biochemistry and molecular biology, cell biology, and immunology into the investigation of molecular mechanisms underlying PknG promoted intracellular survival of M. tuberculosis. This project would shed light on the molecular mechanisms of latent infection and pathogenesis of M. tuberculosis. In addition, it would provide knowledge and novel targets for the development and optimization of more effective anti-TB drugs.

全球当前的耐药结核病尤其是耐多药和广泛耐药结核病疫情极其严峻。由于可有效治疗耐药结核病的药物种类有限，急需开发基于新靶标的抗结核药物。在宿主中长期存活和进化的结核分枝杆菌，必然与宿主细胞进行密切的相互作用和信息交流，因此深入研究其在宿主巨噬细胞中存活的分子机制对于阐明结核病的致病机理以及探寻结核分枝杆菌新药靶具重要意义。研究表明：结核分枝杆菌中有11个真核样丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，其中的PknG可分泌性到巨噬细胞中并且是结核分枝杆菌胞内存活所必需的，因此它可能是一种较为理想的结核分枝杆菌新药靶，但其促进结核分枝杆菌胞内存活的分子机制尚未明确。在本研究中，我们拟综合应用生物化学与分子生物学、细胞生物学和免疫学等方法和技术深入探寻PknG促进结核分枝杆菌在宿主巨噬细胞内存活的分子机制。该研究将有助于阐明结核分枝杆菌潜伏感染及致病的分子机制，同时还可能为抗结核新药研发和优化提供新的思路和和靶标。

结核分枝杆菌在宿主巨噬细胞中长期存活并与其进行密切的相互作用。深入研究结核分枝杆菌在巨噬细胞中存活的分子机制对于阐明结核病的致病机理以及探寻抗结核新药靶具有重要意义。结核分枝杆菌中有 11 个真核样丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（包括PknA-PknK），其中的PknG 可分泌性到巨噬细胞中并与结核分枝杆菌的致病性密切相关，因此它是一种潜在的抗结核新药靶，但其促进结核分枝杆菌胞内存活的分子机制尚未明确。本项目的主要研究内容和目标任务是确证PknG在分枝杆菌胞内存活中的作用，探寻PknG与特定宿主蛋白分子间的相互作用，研究PknG及其相关或互作的分子对宿主细胞的炎症免疫反应、自噬等相关信号通路及细胞生物学功能的调控作用，从而揭示PknG 促进分枝杆菌胞内存活的分子机制，并为抗结核药物研发和优化提供理论基础。我们在本项目执行期间紧扣目标任务进行了深入研究，并获得了一系列重要发现，主要包括：1）确证了PknG可促进分枝杆菌在宿主巨噬细胞内的存活；2）鉴定了PknG的一系列宿主互作蛋白分子，并发现PknG的宿主互作蛋白泛素连接酶TRIM27是一种抗结核感染的潜在宿主限制因子，TRIM27可通过泛素连接酶活性依赖的方式激活宿主细胞中的JNK/p38信号通路并促进细胞凋亡，进而抑制分枝杆菌的胞内存活；3）发现PknG与另一种结核分泌性效应蛋白PtpA（一种真核样酪氨酸磷酸酶）均可结合宿主泛素分子，并共同靶向某些宿主信号通路（如NF-κB等）和关键节点蛋白（如TRIM27等），从而共同调控多种宿主细胞功能；4）深入探寻了PknG通过促进TRAF2的泛素化降解而抑制NF-κB信号通路以及通过调控Rab14的功能而抑制吞噬溶酶体成熟过程的分子机制。综上，该研究阐明了PknG促进分枝杆菌在宿主巨噬细胞内存活的分子机制，揭示了胞内病原菌逃逸宿主固有免疫的新机制，为抗结核新药研发和优化提供了新的思路和靶点信息。已在Nature Immunology, Nature Communications, The Journal of Immunology, Scientific Reports等重要杂志发表致谢了本项目的相关论文13篇。