志贺氏菌VirB蛋白激活毒力基因转录的分子机理研究

The virulence genes clustering at “entry region” of the virulence plasmid determine the virulence of Shigella, and they encode the type III secretion system and the invasion and the effector proteins required for the invasion of intestine cells. Expression of these virulence genes is tightly regulated. When circumstance is not favorable for invasion, transcription of the virulence genes are repressed by the chromosome encoded H-NS protein; once environment is favorable, expression of VirB gene is induced and invasion occurs. Our previous studies have shown that core structural domain of VirB protein can relief the H-NS mediated transcriptional repression and activate the expression of the virulence genes by binding the cis-acting element upstream of the promoter and remodeling DNA structure. However, lack of complete structure information of VirB-DNA complex prevents our further understanding of the mechanism of how VirB protein precisely regulates this process. In this study, we propose to resolve the VirB-DNA structure and combine it with SAXS and Cryo-EM methods to further elucidate how VirB protein regulates H-NS mediated suppression. Our project will provide the important structural basis for the understanding of Shigella pathogenesis and inhibitor design.

志贺氏菌的致病性源自积聚于侵袭性大质粒中约31Kb的”entry region”的毒力基因，这些毒力基因编码了三型分泌系统（T3SS）的调控蛋白，结构蛋白，伴侣蛋白和效应因子等大量蛋白质。毒力基因的表达受到严格调控，环境不适宜时，毒力基因的转录受H-NS蛋白抑制；适宜环境时，诱导VirB蛋白表达，最终激活毒力基因表达。我们前期研究初步阐明了VirB蛋白核心结构域结合启动子上游顺式序列，从而解除H-NS抑制毒力基因表达的分子机制。然而VirB蛋白结构信息的不完整性，严重制约这一重要转录调控蛋白的工作原理。本课题拟在前期研究基础上，通过解析VirB-DNA复合物晶体结构，溶液结构和电镜结构，深入阐明VirB间接识别DNA的分子机制，详细提出VirB解除H-NS介导的转录抑制作用的分子模型。预期结果将为阐明志贺氏菌致病机理提供结构生物学证据，为相关的抑制剂及药物设计提供科学理论依据。

在现代社会中,细菌感染仍然是全球公共卫生安全面临重大威胁，其中细菌性痢疾和铜绿假单胞菌引起的院内感染尤为严重。多耐药和泛耐药菌的出现更为其防治带来了前所未有的挑战.发现新型抗感染药物迫在眉睫。细菌毒力分泌系统参与了细菌的毒力而与细菌的生长代谢无关。因此靶向细菌分泌系统发现新型抗毒力的药物是一个全新的药物设计理念。在细菌分泌系统中，三型分泌系统（T3SS)和六型分泌系统（T6SS）一直以来是国内外的研究热点。三型分泌系统通过分泌一系列效应蛋白参与了宿主的侵袭而六型分泌系统不仅参与了宿主的侵袭还与细菌间的种群竞争密切相关。本项目通过结构生物学，生物化学和细菌学能多学科交叉技术手段，以细菌分泌系统为研究对象，聚焦细菌分泌系统的毒力调控蛋白（VirB)，结构蛋白(Spa47)和效应蛋白(TplE),解析了这些蛋白的高分辨率晶体结构，结合体内外生化和细菌学实验初步阐明细菌分泌系统毒力调控机制，结构蛋白的组装机制和靶向效应蛋白抗菌肽设计新策略。预期研究结果将以细菌分泌系统为靶点设计通用性抑制剂提供基础。