沙门氏菌SopD效应蛋白家族功能的研究以及人伤寒沙门氏菌动物模型的优化

Diseases caused by pathogenic bacteria are a leading cause of death worldwide. While antibiotics have been our most powerful weapons against bacterial infection, the rapid evolution of antibiotic resistance urges us to develop new vaccines and treatments to combat bacterial infectious diseases. Salmonella enterica, a very common enteropathogen, causes gastroenteritis and is a leading cause of food poisoning. By contrast, one specific lineage of Salmonella enterica, Salmonella Typhi, is a human-restricted pathogen that causes a life-threatening systemic disease known as typhoid fever, which is a major global health problem. The SopD effector family are proteins secreted by Salmonella that play a very important role in its pathogenesis. They are very good potential antibacterial drug targets, but the molecular mechanism behind this is largely unknown. The proposed project will study the molecular mechanism of the SopD family's biological activity, their host cell interaction partners and biological function during salmonella infection. One member of this family is a key factor that dictates the host-restriction of the Typhi lineage. Based on this, we aim to develop a new mouse model for studying Salmonella Typhi pathogenesis. Collectively, these studies will help to develop antibacterial medicine that targets the SopD effector family and will provide valuable insights into Salmonella Typhi pathogenesis.

病原细菌可以在人体引发许多重要的传染病，如肺结核和伤寒等。抗生素是人类对抗病原细菌的主要手段，但耐药菌已迅速涌现，这急需尽快开发新型的预防和治疗传染病的疫苗和药物。沙门氏菌是一类非常常见的肠道病原细菌，感染人类后可以引起肠胃炎和伤寒等疾病。人伤寒沙门氏菌非常特异的侵染人类，至今还没有合适的动物模型可以用来研究其致病的分子机制。SopD效应蛋白家族在沙门氏菌侵染宿主，诱发疾病的过程中，发挥着非常重要的作用，是潜在的抗菌药物靶点，但具体的分子机制还不清楚。该家族蛋白还是决定沙门氏菌宿主特异性的一个关键因素。本项目将对SopD蛋白家族的生物活性、作用底物、发挥作用的分子机制及其在沙门氏菌侵染宿主过程中发挥作用的生物学意义进行研究，并以此为基础，对人伤寒沙门氏菌的动物模型进行优化。这将为以SopD蛋白家族为靶点的抗菌药物开发提供理论基础，并极大的推动人伤寒沙门氏菌致病机制的相关研究。

沙门氏菌是一类常见的肠道病原细菌，人被感染后会引发肠胃炎和伤寒等疾病。III型分泌系统和细菌毒素参与了病原菌与宿主的互作，是沙门氏菌致病的重要毒力因子。申请者围绕沙门氏菌III型分泌系统效应蛋白SopD的功能，III型分泌系统核心输出装置的结构与功能以及人伤寒沙门氏菌通过III型分泌系统入侵宿主细胞后分泌的伤寒毒素的组装和功能多样性开展了一系列的研究。 我们的工作表明：1.沙门氏菌侵染宿主的过程会通过T3SS向宿主体内分泌SopD，SopD作用于Rab8，通过其GAP或GDF活性，发挥“阴-阳”调节双功能，促进或者抑制宿主的炎症反应，调控肠道稳态，帮助沙门氏菌更好的定植。2. 通过构建跨膜区和胞内区的嵌合体蛋白，对沙门氏菌分泌SopD效应蛋白的III型分泌系统核心输出装置中的SctV家族蛋白进行结构和功能的研究，利用冷冻电镜单颗粒技术，获得了高分辨率SctVC胞内结构，观察到SctVL（loop区）两种不同的构象，从原子水平上深入理解了SsaVC和SsaVL的动态变化如何促进SsaV的组装和功能。3. 初步探索了人伤寒沙门氏菌分泌的伤寒毒素的组装与功能多样性的分子机制，揭示了B亚基间电荷相互作用介导了伤寒毒素的组装，B亚基糖识别的特异性介导了不同组装模式下的伤寒毒素的功能多样性的分子基础。以上结果为开发新型抗感染药物提供了新的靶点和理论基础。