大肠埃希菌PNPase调控cAMP受体蛋白影响持留菌形成的机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81902110
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H2209.病原生物与感染研究新技术与新方法
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Persisters are a small subpopulation of bacteria that are tolerant to lethal doses of bactericidal antibiotics. Previous studies have shown that it is closely related to chronic persistent infections, and the exact mechanisms of persister formation are still unclear. In prokaryotes, gene expression program is mainly carried out through mRNA degradation pathway, which may be critical for persister survival. Polynucleotide phosphorylase (PNPase) encoded by pnp is a major component of RNA degradosome, and the pnp gene knockout strain displayed a dramatic decrease in persister levels. The results of high-throughput sequencing showed that the up-regulated genes were mostly mapped to metabolism and virulence pathways, and were positively regulated by the global regulator, cAMP receptor protein (CRP). Similarly, the transcription level of crp gene in pnp-deletion strain increased 3.13-fold in the stationary phase. Therefore, we hypothesize that the regulation of CRP expression by PNPase is one of the key mechanisms for the formation of bacterial persisters. In this proposal, we will explore the indicators of intracellular metabolism, persistence phenotype of pnp and crp double-deletion mutant both in vitro and in vivo;evaluate the transcriptional activity of crp gene in wild-type and pnp knockout strain; Furthermore, we will study the combination between PNPase and the untranslated region of crp mRNA, and finally clarify the molecular mechanism underlying bacterial persisters that PNPase controls intracellular metabolism by negatively regulating the crp operon at post-transcriptional level.
持留菌是一小部分对致死量抗生素耐受的细菌亚群,其与慢性、持续性感染密切相关,但形成机制尚不明确。mRNA降解途径参与原核生物的基因表达调控,在持留菌形成中发挥重要作用。本团队前期转录组研究发现,大肠埃希菌RNA降解体主要成分—多聚核苷酸磷酸化酶(PNPase)敲除后,敲除株持留水平显著下降,而代谢总调控子cAMP受体蛋白(CRP)表达水平增加了3.13倍,受其正向调控的多个代谢和毒力基因表达显著上调。据此,我们推测PNPase调控CRP表达可能是持留菌形成的关键机制之一。本课题拟检测野生株和pnp敲除株内部的氧化还原指标;pnp、crp双基因敲除株持留表型,明确细菌代谢活性对持留的影响;评估crp在野生株和pnp敲除株中的转录活性,研究PNPase对crp mRNA非翻译区域的结合方式,进一步阐明PNPase通过抑制CRP表达,调控持留菌内代谢水平,从而影响持留菌形成的分子机制。

结项摘要

以往研究证实多个基因和信号通路与细菌持留现象有关,但其机制仍不清楚。在本研究中,我们使用大肠杆菌鉴定了多核苷酸磷酸化酶(PNPase)是持留形成的关键调节因子。实验构建了pnp敲除株(Δpnp)及其回补株,并将其暴露于抗生素和多种应激条件之下。结果表明,与野生型菌株W3110相比,Δpnp菌株对抗生素和多种应急条件下存在显著缺陷,给与pnp基因回补后,持留表型得以恢复。RNA-seq分析显示,与W3110相比,Δpnp菌株中有242个(166个上调和76个下调)基因差异表达。KEGG分析表明,这些上调基因大多映射到代谢和毒力途径,其中大多数受到环AMP受体蛋白(CRP)的正向调节。相应地,Δpnp菌株中crp基因的转录水平在早期稳定期增加了3.22倍。我们进一步探讨了Δpnp菌株的细胞代谢指标、pnp和crp双缺失突变体的表型以及crp基因的转录活性。结果表明,PNPase通过靶向crp转录物的5'-非翻译区来负向调节crp操纵子,从而控制细胞代谢。这项研究揭示了一种持留新机制,并为开发抗持留药物提供了新的靶点。.本研究的科学意义:细菌持留导致的感染是临床感染性疾病中重大挑战之一,对持留机制的进一步理解将为开发更好的治疗方法提供治疗靶点。对关键结核病持留药物吡嗪酰胺的最新研究表明,多核苷酸磷酸化酶(PNPase)是其药物靶点,因此在本研究中,我们探讨了PNPase可能与大肠杆菌中的持留相关性,并证实PNPase参与了持留现象,初步探讨了PNPase控制持留形成的机制。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Establishment of an induced pluripotent stem cell line (SHFDi001-A) from a patient with ankylosing spondylitis
强直性脊柱炎患者诱导多能干细胞系(SHFDi001-A)的建立
  • DOI:
    10.1016/j.scr.2020.101879
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    STEM CELL RESEARCH
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jintao Hu;Chuanjia liu;Wenjing Zhu;Qun Jiang;Weibin Du;Nan Wu
  • 通讯作者:
    Nan Wu
Polynucleotide Phosphorylase Mediates a New Mechanism of Persister Formation in Escherichia coli
多核苷酸磷酸化酶介导大肠杆菌持久形成的新机制
  • DOI:
    10.1128/spectrum.01546-22
  • 发表时间:
    2023-02-14
  • 期刊:
    Microbiology Spectrum
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Wu, Nan;Zhang, Yumeng;Zhang, Shanshan;Yuan, Youhua;Liu, Shuang;Xu, Tao;Cui, Peng;Zhang, Wenhong;Zhang, Ying
  • 通讯作者:
    Zhang, Ying

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其他文献

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  • 通讯作者:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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