全局调节蛋白PrtR在铜绿假单胞急-慢性感染转换中的作用机制研究

Pseudomonas aeruginosa is one of the major pathogens causing infection in hospital and intensive care unit. P. aeruginosa also causes serious acute and chronic infections in humans. Major differences exist in disease pathogenesis, clinical treatment and outcomes between acute and chronic infections. P. aeruginosa acute infection characteristically involves the type III secretion systems (T3SS) while chronic infection is ofen associated with the formation of biofilms, a major cause of difficulties to eradicate chronic infections. Although the regulation of T3SS and molecular mechanisms of biofilm formation have been determined and proposed in the past, the mechanistic insights into the acute-chronic switch of P. aeruginosa infection have not been fully elucidated. In this proposal, we will systematically investigate the function of the global regulator PrtR in P. aeruginosa acute-chronic infection, and reveal how biofilm formation, virulence factor regulation and antibiotic resistance. These results will provide us important information on how to control the pathogenecity of P. aeruginosa and the molecular mechanism of P. aeruginosa acute-chronic infection switch, which might lead to the development of new anti-virulence drugs that specifically target PrtR in the future.

铜绿假单胞菌是引起医院获得性感染及重症监护病房感染的主要病原菌之一。同时，铜绿假单胞菌能在人体中引发急性和慢性感染（Acute-chronic infection），这两种感染导致的疾病进程和临床治疗具有本质上的区别。铜绿假单胞菌的急性感染主要表现在三型分泌系统（T3SS）的表达变化，而慢性感染则主要体现在生物膜的形成，这也是慢性感染难以治愈的主要原因。尽管目前对T3SS的调控和生物被膜的形成机制做了大量研究，但对铜绿假单胞菌急-慢性感染的转换机制的认识还相当有限。本项目将在前期研究的基础上，系统地探讨全局调节蛋白PrtR在铜绿假单胞急-慢性感染过程中的作用，来揭示细菌生物被膜的形成，毒性基因调控、以及耐药性产生等方面的分子机制。研究结果有助于了解铜绿假单胞菌的致病机制以及急-慢性感染转换的分子机理，为控制铜绿假单胞的感染以及为开发针对以该蛋白为靶点的新型抗致病力药物提供坚实的理论基础。

铜绿假单胞菌是引起医院获得性感染及重症监护病房感染的主要病原菌之一。同时，铜绿假单胞菌能在人体中引发急性和慢性感染（Acute-chronic infection），这两种感染导致的疾病进程和临床治疗具有本质上的区别。铜绿假单胞菌的急性感染主要表现在三型分泌系统（T3SS）的表达变化，而慢性感染则主要体现在生物膜的形成，这也是慢性感染难以治愈的主要原因。尽管目前对T3SS的调控和生物被膜的形成机制做了大量研究，但对铜绿假单胞菌急-慢性感染的转换机制的认识还相当有限。在该项目的资助下，针对全局调节蛋白PrtR在铜绿假单胞菌急-慢性感染转换中的作用，目前取得的主要成果如下：（1）PrtR全局调节蛋白除了调控脓菌素和三型分泌系统外，还控制众多致病因子的表达，如生物被膜的形成、菌体运动及菌落形态；PrtR通过与胞内第二信使信号分子（c-di-GMP）环化酶SiaD相互作用调控c-di-GMP的含量；生物膜的形成依赖胞内c-di-GMP的水平；PrtR通过调控Gac/Rsm信号系统来调节六型分泌系统；（2）阐明了SiaC蛋白激活环化酶SiaD活性的分子机制。在前期研究基础上，我们解析了SiaC-SiaD-GpCpp复合物的晶体结构。该复合物形成了一种独特的镜像对称构象：2个分子的SiaD形成了一个长柄结构域的二聚体，而4分子的SiaC结合在这个长柄域的保守区域来稳定SiaD从而使SiaD具有环化酶活性。（3）揭示了铜绿假单胞菌T6SS转运钼离子来响应厌氧环境的分子机制。我们发现钼离子结合蛋白ModA是H2-T6SS的一个底物，它的分泌受T6SS的控制；相比与有氧条件，H2-T6SS基因表达在厌氧条件下受到明显激活。同时，全局调节子Anr严格调控T6SS的活性；ModA能与外膜蛋白IcmP相互作用，并且利用IcmP来转运钼离子；T6SS-ModA-IcmP系统使铜绿假单胞菌在和其它细菌竞争中取得生长优势；T6SS-ModA-IcmP体系在铜绿假单胞菌致病性中具有非常重要的作用。研究结果有助于了解铜绿假单胞菌的致病机制以及急-慢性感染转换的分子机理，为控制铜绿假单胞的感染以及为开发针对以该蛋白为靶点的新型抗致病力药物提供坚实的理论基础。