铜绿假单胞菌急-慢性感染转化调节子及调控途径研究

Pseudomonas aeruginosa is an important pathogen, causing serious and often life-threatening infections in humans. It can cause both invasive, acute infections and also chronic infections that are extremely difficult to treat. Type III secretion system (T3SS) is an essential virulence factor for P. aeruginosa acute infections. The regulation of T3SS is not only important for P. aeruginosa pathogenicity but also for its transition from acute infection to chronic infection. The major aim of this proposal is to investigate the regulatory networks that control the infection transition process. The structural-function relationship of the infection transition regulators PA1611 will be investigated. New transition regulators identified recently by a unique random over-expression transposon mutagenesis will be characterized, together with the putative rsmA transcriptional regulators PA4664 and PA2621. The relatively complete picture of the global regulatory networks that control T3SS, biofilm formation and motility will be depicted as a result. The study should generate new information on P. aeruginosa pathogenesis and P. aeruginosa infection transitions, and eventually lead to new strategies and new anti-infective targets for treatment or prevention of the infectious diseases caused by P. aeruginosa.

铜绿假单胞菌是对人类健康威胁巨大、急需新型药物的病原菌之一。它可以引起危害很大的急性感染，又可以引起难以治疗的慢性感染。III型分泌系统的表达及其调控不仅关系其致病过程，而且与急性感染和慢性感染间的转化密切相关。本项目的研究目标是针对铜绿假单胞菌有关急-慢性转化调节子及其调控途径进行系统的研究。项目将在前期研究的基础上，对感应激酶-反应调节子复合体PA1611的结构与功能关系进行深入研究；针对前期筛选所得到的新调节子，研究其基因功能和对感染转化的调控机理及途径；并对调控rsmA转录的hemK同源基因PA4664及功能未知基因PA2621进行功能及调控机理研究。绘制铜绿假单胞菌中比较全面的，同时调控III型分泌系统、运动型和生物被膜生成的全局调控网络，进一步了解双组分信号传递系统的作用机理，揭示铜绿假单胞菌的致病机理以及其造成的急-慢性感染的形成和转化规律。

本项目的研究内容主要是针对铜绿假单胞菌有关急-慢性转化调节子及其调控途径进行系统的研究。在对感应激酶-反应调节子复合体PA1611的结构与功能关系进行深入研究的同时，针对前期筛选所得到的新调节子，研究其基因功能和对感染转化的调控机理及途径。项目按计划对PA1611进行定点突变，鉴定了它的功能位点、结构域及关键氨基酸残基, 完成了对PA1611结构与功能的关系分析，并对两个新的关键调节子进行了深入研究。完成了对PA4595和PA3282调节单元（Regulon）的RNA-seq研究及其功能和作用途径分析。研究发现ATP结合蛋白PA4595（命名为ArtR，一种是ATP激酶的T3SS抑制调节因子）抑制铜绿假单胞菌中的三型分泌系统（T3SS）的表达。敲除ArtR使T3SS基因的表达，包括exoS，exoY，exoT，exsCEBA和exsD-pscB-L显着增加。项目的研究发现，ArtR属于ATP结合盒家族的REG亚家族，在体外显示ATP酶活性，ATP结合引发ArtR的构象变化，而双Walker B基序中保守的天冬氨酸残基对ArtR的调节功能至关重要。这是文献中第一个被发现可以调节T3SS基因的REG亚家族的ATP结合盒，也是铜绿假单胞菌T3SS调控网络中的新的关键调节子。同时，研究发现拓扑异构酶I（TopA）在假单胞菌中具有调控T3SS和生物被膜的作用，可能参与感染转化。C末端缺少13个氨基酸残基的TopA使T3SS的表达降低，并影响生物被膜和绿脓菌素的产生。项目的研究结果已发表论文9篇, 其中SCI论文8篇，4篇发表在中科院期刊分区的2区杂志上。项目的实施过程中共培养博士研究生1名，硕士研究生10名。