毒素-抗毒素系统LsoA/RnlA-Dmd介导的细菌拮抗噬菌体侵染的分子机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31670059
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0102.微生物生理与生化
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Bacterial toxin-antitoxin (TA) systems are closely associated with their physiological processes, such as the protection from bacteriophage (phage) infection and antibiotic resistance. LsoA-LsoB and RnlA-RnlB complexes are homologous TA systems involved in phage resistance, derived from enterohaemorrhagic Escherichia coli (E. coli) O157:H7 and E. coli K-12, respectively. The antitoxin Dmd from T4 phage can substitute the role of the antitoxins LsoB and RnlB, and directly interact with both LsoA and RnlA and against their toxicities which are activated during T4 infection. Therefore, LsoA/RnlA-Dmd complex represents a novel heterogenous TA system. In this study, we aim to determine the crystal structures and solution conformations of RnlA-RnlB, LsoA-LsoB and LsoA/RnlA-Dmd complexes using protein crystallography and small-angle X-ray scattering (SAXS) method, respectively. On this basis, we will further study the in vivo and in vitro interactions between the toxins and antitoxins in these TA systems and the resulting effects on host physiological processes. Our studies will reveal the bacteria defense mechanism involved in T4 phage resistance by RnlA-RnlB and LsoA-LsoB systems, and also reveal the unique counter-defense mechanism of phage infection in bacteria by LsoA/RnlA-Dmd systems. This project will suggest new strategies to deal with the phage infection in large-scale culture of engineering bacteria in food and antibiotic industries. Moreover, our findings will provide novel insights into antibacterial therapies by phage.
细菌的毒素-抗毒素系统与其拮抗噬菌体侵染和耐药性等生理功能密切相关。LsoA-LsoB和RnlA-RnlB复合物是分别来自大肠杆菌O157:H7和K-12的同源毒素-抗毒素系统,与T4噬菌体抗性相关。T4噬菌体的抗毒素蛋白Dmd在感染大肠杆菌时能取代抗毒素蛋白LsoB/RnlB,抑制并抵消被激活的毒素LsoA/RnlA的RNA酶活性,LsoA/RnlA-Dmd复合物是第一个抗毒素能拮抗多种毒素的系统。本课题采用结构生物学和微生物学相结合的方法,解析这些复合物的三维结构,并在此基础上研究这些毒素和抗毒素在体内和体外的相互作用及对宿主生理状态影响,揭示细菌通过RnlA-RnlB和LsoA-LsoB拮抗噬菌体侵染,以及噬菌体通过Dmd抑制毒素LsoA/RnlA活性来侵染宿主菌的分子机制。本研究将为防治食品和抗生素等产业中的噬菌体污染提供新策略,也为噬菌体代替抗生素治疗病原菌感染的研究提供新思路。

结项摘要

细菌的毒素-抗毒素系统与其耐药性和程序性细胞死亡等多项重要生理过程密切相关,对它们的三维结构和功能深入研究将有助于开发以这些系统作为作用靶点的新型抗菌肽或药物。本课题开展了致病性和模式大肠杆菌的毒素-抗毒素系统LsoA-LsoB、RnlA-RnlB,以及毒素蛋白LsoA/RnlA与来自T4噬菌体的抗毒素蛋白Dmd组成的新型毒素-抗毒素系统的结构和功能研究。我们成功解析了LsoA-Dmd复合物和RnlA单体的晶体结构,并进行了结构分析和相应的生化功能及体内体外蛋白相互作用研究。这些工作揭示了T4噬菌体通过LsoA-Dmd系统侵染大肠杆菌的独特分子机制,即Dmd通过模拟底物RNA来占据LsoA/RnlA的活性位点,达到抑制毒素的核酸酶活性目的。在这一过程中LsoA/RnlA的NRD (N端重复结构域)-DBD (Dmd结合结构域)的构象由“闭合”到“开放”的变化实现了Dmd的结合和自身毒性的抑制。通过进一步的蛋白相互作用研究,我们发现LsoB/RnlB可能采取与Dmd不同的机制来抑制LsoA/RnlA毒素的活性。在本课题资助下我们还对几个与细菌耐药性相关的毒素-抗毒素系统开展了结构和功能研究。通过解析绿脓杆菌的抗毒素蛋白HigA与启动子DNA复合物的结构和蛋白-DNA相互作用研究,揭示了HigA调控毒素-抗毒素系统HigA-HigB转录以及多个毒力因子合成的新颖分子机制。通过对希瓦氏菌新型毒素-抗毒素系统SO_3165/SO_3166复合物的结构和功能研究,揭示了该复合物的独特结构及新颖的毒素中和机制。以上这些重要的毒素-抗毒素结构和功能研究为开发新型抗菌药物提供了新靶点和重要参考。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Crystal structure of the nucleoid-associated protein Fis (PA4853) from Pseudomonas aeruginosa
铜绿假单胞菌核相关蛋白 Fis (PA4853) 的晶体结构
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Acta Crystallogr F Struct Biol Commun
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Juan Zhou;Zengqiang Gao;Heng Zhang;Yuhui Dong
  • 通讯作者:
    Yuhui Dong
Structural insights into the inhibition mechanism of bacterial toxin LsoA by bacteriophage antitoxin Dmd
噬菌体抗毒素Dmd抑制细菌毒素LsoA机制的结构见解
  • DOI:
    10.1111/mmi.13420
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Molecular Microbiology
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Wan Hua;Otsuka Yuichi;Gao Zeng-Qiang;Wei Yong;Chen Zhen;Masuda Michiaki;Yonesaki Tetsuro;Zhang Heng;Dong Yu-Hui
  • 通讯作者:
    Dong Yu-Hui
Structure and Biochemical Characteristic of the Methyltransferase (MTase) Domain of RNA Capping Enzyme from African Swine Fever Virus
非洲猪瘟病毒RNA加帽酶甲基转移酶(MTase)结构域的结构和生化特征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Virology
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Xuejian Du;Zeng-Qiang Gao;Zhi Geng;Yu-Hui Dong;Heng Zhang
  • 通讯作者:
    Heng Zhang
Crystal structure of the type VI immunity protein Tdi1 (Atu4351) from Agrobacterium tumefaciens
根癌农杆菌 VI 型免疫蛋白 Tdi1 (Atu4351) 的晶体结构
  • DOI:
    10.1107/s2053230x19000815
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Acta Crystallographica Section F-Structural Biology Communications
  • 影响因子:
    0.9
  • 作者:
    Shi Lingling;Gao Zengqiang;Zhang Tianyi;Zhang Heng;Dong Yuhui
  • 通讯作者:
    Dong Yuhui
Structure–function analyses reveal the molecular architecture and neutralization mechanism of a bacterial HEPN–MNT toxin–antitoxin system
结构-功能分析揭示了细菌HEPN-MNT毒素-抗毒素系统的分子结构和中和机制
  • DOI:
    10.1074/jbc.ra118.002421
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Biological Chemistry
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Jia Xuanyan;Yao Jianyun;Gao Zengqiang;Liu Guangfeng;Dong Yu-Hui;Wang Xiaoxue;Zhang Heng
  • 通讯作者:
    Zhang Heng

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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    张衡
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    --
  • 发表时间:
    2013
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    --
  • 作者:
    章飞军;陆健健;童春富;张衡
  • 通讯作者:
    张衡

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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]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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