肺结核分枝杆菌蛋白质与人蛋白质相互作用的全局性发现及功能研究

Mycobacterium tuberculosis is the causative agent of tuberculosis. Because of widely existing Mtb drug resistance, co-infection with HIV and poor Mtb basic research, tuberculosis is still a serious infectious disease. The underlying mechanism of tuberculosis pathogenesis is still far from elusive. To put tuberculosis under control, it is urgently needed to strengthen the basic research of tuberculosis. One center spot of the basic research is host-pathogen interaction, and protein-protein interaction is an essential part of it. Through a variety of traditional strategies, a handful of Mtb protein and human protein interactions have been previously discovered, however, which are still far from enough for us to comprehensively understand the pathogenesis. Based on the Mtb proteome microarray that we have constructed recently, we will incubate macrophage lysate on the microarray, and globally identify Mtb proteins that bind with macrophage proteins. Then GST pulldown will be coupled with mass spectrometry to reveal the identities of the macrophage proteins that bind with Mtb proteins systematically. Functional studies will be further carried out for a few of the key Mtb protein and human protein interactions. In this study, we will complete the functional study of at least one pair of the interacting proteins between Mtb and macrophage. We will discover a set of novel Mtb protein and human protein interactions, which could serve as leads for in-depth functional and mechanistic study of Mtb pathogenesis. In the end,we will establish a general strategy for global discovery of host-pathogen protein interactions. This strategy could be easily adopted for the study of other host-pathogen interactions.

肺结核由结核分枝杆菌(Mtb)导致。由于耐药菌株的广泛出现以及Mtb与HIV的共感染,结核病仍是一种严重的传染性疾病。Mtb的致病机制复杂,加强基础研究是有效防控的必由之路。结核病基础研究的核心之一是病原和宿主的相互作用,蛋白质相互作用则是其中的关键。基于Mtb蛋白质组芯片,申请人拟通过巨噬细胞总蛋白与蛋白质芯片的反应,全局性发现有相互作用的Mtb蛋白质，再以这些蛋白为饵采用GST pulldown从巨噬细胞中富集相互作用蛋白，并结合质谱快速高效地确定与Mtb蛋白相互作用的巨噬细胞蛋白,并针对其中的关键相互作用在细胞和动物水平进行功能研究。本研究将完成至少一对相互作用蛋白的功能研究，发现一批新的Mtb蛋白质与人蛋白质间的相互作用，为深入研究Mtb的致病机制提供指引，更为重要的是建立一套通用的病原与宿主蛋白质相互作用全局性发现技术,该技术将可方便地移植于其他病原和宿主间相互作用研究。

肺结核由结核分枝杆菌(Mtb)导致。由于耐药菌株的广泛出现以及Mtb与HIV的共感染,结核病仍是一种严重的传染性疾病。Mtb的致病机制复杂,加强基础研究是有效防控的必由之路。结核病基础研究的核心之一是病原和宿主的相互作用,蛋白质相互作用则是其中的关键。基于前期构建的包含4000多种结核分枝杆菌蛋白质的Mtb蛋白质组芯片，项目负责人通过将非变性巨噬细胞（经过伏波酯诱导的THP-1细胞）总蛋白与蛋白质芯片的反应, 先确定与人蛋白质相互作用的结核蛋白质，再专注于这些蛋白中的膜蛋白和分泌蛋白，即所谓效应蛋白，确定了26个候选结合结核蛋白质。随后逐个采用这些结核蛋白质从巨噬细胞总蛋白中富集相互作用的人蛋白质，并结合质谱快速高效地确定与Mtb蛋白相互作用的巨噬细胞蛋白，建立了一套命名为SOPHIE的高通量病原宿主蛋白质相互作用发现技术。通过本项目研究，发现了与26个结核分枝杆菌候选蛋白有潜在相互作用的100余个人蛋白质。为了探寻这些相互作用的可能生物学意义，项目负责人进行了深入的生物信息学分析，包括GO分析，网络分析以及通路分析，结果显示这些相互作用蛋白在功能上有广泛的分布。并针对其中的关键相互作用在细胞水平进行了功能研究。本研究完成了一对相互作用蛋白（RpsA和BfrB）的相互作用验证及初步功能研究，发现BfrB可以通过与RpsA的相互作用而调控干扰素的表达，从而可能有利于结核分枝杆菌在宿主细胞内的存活。基于这一结果，项目负责人推测结核分枝杆菌的BfrB是一个潜在的药物靶点，进一步通过高密度小分子芯片筛选到了多个BfrB的高效抑制剂。本研究发现了一批新的Mtb蛋白质与人蛋白质间的相互作用，为深入研究Mtb的致病机制提供指引，为抗结核新药的开发提供了新的潜在靶点。更为重要的是建立了一套通用的病原与宿主蛋白质相互作用全局性发现技术,该技术将可方便地移植于其他病原和宿主间相互作用研究。