mazG作为结核分枝杆菌毒力因子的作用机理研究

Resistance to reactive oxygen species and reactive nitrogen species plays a vital role in Mycobacterium tuberculosis persistent infection. Our previous studies demonstrated that mycobacterial MazG is involved in oxidative stress response. Deletion of mazG in M.tuberculosis lead to reduced survival of M.tuberculosis during persistent infection. Moreover,mazG mutant M.smegmatis exhibited a higher survival ability in starvation condition, suggestting mycobacterial MazG is involved in dormancy. However, the underlying mechanism of MazG in bacterial virulence remains unclear. In this study, we plan to evaluate the virulence role of MazG in macrophage infection model by analysis the ability of bacterial intracellular survival, killing effect of cellular reactive oxygen species and reactive nitrogen species on mazG mutant, and immunologic readouts such as cell apoptosis and cytokine levels. Moreover, we will study the role of MazG in M. tuberculosis dormancy under starvation and hypoxia conditions, and compare the transcriptome between wild type and mazG mutant H37Rv.This study will not only promote our understanding of the mechanism related to mycobacterial persistent infection, but also will help us to evaluate the potential of MazG as an anti-TB drug target.

抵抗宿主细胞内活性氧和氮带来的损伤是结核分枝杆菌建立持续性感染的机理之一。我们前期研究发现分枝杆菌MazG参与氧化压力应答，与结核分枝杆菌在小鼠体内持留期生存有关，提示该基因参与持续感染。同时还发现mazG缺失的分枝杆菌在饥饿条件下生存能力上升，提示该基因与休眠有关。但目前对MazG的作用机理仍不清楚。本研究首先利用巨噬细胞感染模型评价mazG缺失的结核分枝杆菌在胞内的生存能力，分析胞内活性氧和氮对感染菌株的杀伤能力，并从宿主细胞凋亡情况和细胞因子分泌水平等多角度展开对MazG作用机理的研究。其次，利用饥饿和缺氧模型进一步研究mazG参与休眠调控的表型，利用转录组学技术比较分析突变株和野生株在休眠条件下的差异，为深入研究MazG参与休眠的机理奠定基础。该研究将有利于深入了解结核分枝杆菌抵抗宿主细胞的氧化压力以及持续性感染的机理，并评价MazG作为潜在的药物靶点的可能性。

由Mycobacterium tuberculosis（Mtb）感染引起的肺结核病是目前全球最严重的传染性疾病之一。我们前期研究发现分枝杆菌MazG参与氧化压力应答，与结核分枝杆菌在小鼠体内持留期生存有关。但目前对MazG的作用机理仍不清楚，是否和毒力相关也不明确。本课题从mazG作为结核分枝杆菌毒力因子的角度进行研究，首先，发现mazG具有抗突变功能，mazG缺失菌株在氧化压力和生长稳定期的突变率显著高于野生型菌株，说明mazG和生长培养稳定后期的突变频率相关；其次，通过突变谱分析发现在mazG缺失菌株中，氧化压力和稳定期的突变频率比对数期上升了20倍，说明分枝杆菌MazG在氧化压力和生长稳定期的不利环境下能抑制C-T突变，进而维持基因组的稳定性；再次，在细胞和动物水平分析了mazG对存活的影响，发现在细胞实验中mazG缺失株的存活能力比野生型和互补菌株低10倍左右，而在小鼠实验中，发现mazG缺失的H37Rv感染小鼠的肺的病理损伤显著低于野生株和互补菌株，这说明mazG和结核分枝杆菌的毒力相关；最后，从宿主细胞凋亡情况和细胞因子分泌水平等多角度展开对MazG作用机理的研究，以及利用转录组学技术比较分析突变株和野生株在休眠条件下的表达差异，发现基因表达主要发生在DNA稳定性、核苷酸代谢和影响代谢适应方面。该研究首先明确了mazG是结核分枝杆菌的一个毒力因子，将有利于深入了解结核分枝杆菌抵抗宿主细胞的氧化压力以及持续性感染的机理，以及评价MazG未来作为潜在的药物靶点的可能性。