铜绿假单胞菌PA2010调控PQS群体感应系统的机制及其功能研究

Pseudomonas aeruginosa is an opportunist human pathogen, can cause severe and persistent infections in immune compromised individual and cystic fibrosis sufferers. The quorum sensing (QS) network of P. aeruginosa is organized in a multi-playered hierarchy consisting of at least three interconnected signaling mechanisms. Evidence is accumulating that QS plays a key role in biofilm formation and virulence gene expression. PQS (Pseudomonas Quinolone Signal) is the inducer of pqs quorum sensing system. MvfR, a LysR-type transcriptional regulator is the cognate receptor of PQS, which regulates many virulence factors, such as pyocyanin, rhamnolipid production. Our research suggests that another transcriptional regulator PA2010 is a new receptor of PQS signal. Simultaneously, PA2010 regulate PQS production. In this proposal, we will systematically investigate the global regulatory role of PA2010 through ChIP-seq and RNA-seq methods. Meanwhile, we will elucidate the interaction mechanism between PQS signal and PA2010 using ITC, EMSA methods. These result will expand our fundamental understanding of the function of PQS system and PA2010, which will provide a theoretical basis for the development of the novel anti-pathogenic drugs targeting of PQS system for prevention of the bacterial infections.

铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）是临床上重要的致病菌之一，严重危害着人类的生命健康。群体感应系统是一类依赖细菌群体密度发挥作用的调控系统。PQS（Pseudomonas Quinolone Signal）系统是其中一种，调控多种毒力因子表达，在细菌感染过程中发挥着重要作用。本项目前期研究发现了一种新的PQS信号分子受体，转录调节子PA2010，其功能受到PQS信号分子调节，同时PA2010也可调控PQS信号分子合成。本项目拟运用ChIP-seq、RNA-seq等高通量技术，鉴定PA2010调控的下游靶基因，系统地探讨PA2010调控PQS系统的机制及其功能；同时深入研究PQS信号分子与受体PA2010的相互作用机制。研究结果将有助于加深对PQS群体感应系统及PA2010功能的认识，为控制铜绿假单胞菌感染以及开发针对性治疗策略和药物提供理论基础。

铜绿假单胞菌是一种重要的人类条件致病菌，严重危害着人类健康。群体感应系统是一类依赖细菌群体密度发挥作用的调控系统，其中的PQS系统调控着多种毒力因子表达，在细菌感染致病过程中发挥重要作用。本项目研究发现转录调节子HmgR的调控功能受到PQS分子的调节。为了探究HmgR转录调节子及其下游靶基因的功能与PQS系统之间的关系，本项目进行了以下研究。首先，通过体外凝胶阻滞实验（EMSA）以及体内基因表达检测实验，我们发现HmgR可直接与上游启动子结合，进而调控hmgACB操纵子的转录水平。其次，我们发现ΔhmgA敲除株除了积累脓黑色素，还导致细菌产生的PQS信号分子显著降低。我们猜测可能是脓黑色素的过量积累，代谢地导致了PQS信号分子的降低。因而进一步地敲除了尿黑酸合成酶编码基因hpd，构建了ΔhmgAΔhpd双敲除株，检测结果表明敲除hpd基因后，PQS信号分子水平恢复了。这些研究结果表明hmgA基因缺失后导致尿黑酸积累，打破了代谢平衡，使得尿黑酸与PQS共同的上游代谢物分枝酸过多地流向尿黑酸，进而导致PQS分子产量降低。这些结果加深了对HmgR转录调节子及其下游靶基因与PQS群体感应系统之间的功能联系，为控制铜绿假单胞菌感染以及开发针对性治疗策略和药物提供了理论基础。