表皮葡萄球菌的信号转导功能确证和小分子调控

表皮葡萄球菌(表葡菌)是引起医院感染的主要致病菌之一。我们的美国合作伙伴首次发现金黄色葡萄球菌中的mgrA转录因子利用活性中心的半胱氨酸残基可以灵敏地感知宿主的免疫应答所产生的活性氧。然而对表葡菌中的mgrA以及同源基因的信号转导功能研究却从未开展过。3种mgrA同源转录调控因子之一的SE2185只在表葡菌中存在。因此综合运用多学科交叉互补的研究手段，从分子、细胞、动物等不同层次上深入阐明表葡菌mgrA利用哪些化学信号以及通过何种途径去控制其致病性是极其重要的。与此同时，基于转录因子的化学作用机制设计小分子探针既可以验证所研究的靶标的信号转导通路，同时又能实现对其他利用相类似作用机制的调控因子进行垂钓和功能验证。本国际合作项目的成功开展将发现表葡菌以及其他高致病菌中感受宿主免疫应答的信号转导新通路，为基于新靶标、新策略的抗菌药物研发奠定坚实的实验基础。

ROS和RNS信号的累积可以造成严重的氧化损伤。由此，氧化胁迫是宿主用来对抗病原菌感染的强有力策略，虽然代价是造成宿主衰老，神经退行性疾病等。感受氧化最敏感的官能团是巯基氨基酸，可以与ROS发生快速的化学反应，氧化感应蛋白质通过巯基的翻译和转录后修饰对氧化信号产生响应。这种机制已经在金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌等重要病原体内得到了初步确证，即转录因子通过感应外界氧化信号实现关键基因的转录调控，对细菌致病性的调节起了非常重要的作用。然而表皮葡萄球菌是如何感应ROS氧化调控的研究很少见。 相关方向开展研究一方面可以深刻揭示转录调控感应氧化的普遍分子机制，同时为基于新作用方式和靶标的抗菌感染研究提供思路。本课题致力于开展PaOspR/SaMgrA同源蛋白，表皮葡萄球菌SE2196(AbfR)，感应氧化信号实现致病因子的转录调控的机制研究，并且针对重要转录因子开展小分子化合物的筛选和功能调控等方面的研究。首先，发现了abfR基因感应氧化胁迫，调控下游基因转录的生物学途径。实验结果表明，在CHP或双氧水氧化胁迫存在的条件下，abfR基因本身以及处于同一操纵子上的两个与氧化密切相关的下游基因的表达都显著上调。其次，揭示了AbfR蛋白质调控表皮葡萄球菌的生物学表型，并依据新表型将SE2196基因重新命名为abfR。通过基因敲除以及回补的微生物学技术，构建了突变菌株。发现abfR基因与表皮葡萄球菌凝集，生物膜形成以及抗氧化能力显著相关。第三，详细研究了AbfR蛋白质感应氧化的生物化学性质以及结构基础。利用结构生物学手段，解析了还原态AbfR蛋白质，还原态AbfR结合启动子DNA复合物，以及氧化态AbfR结合启动子DNA复合物的晶体结构，利用质谱确证AbfR氧化形成分子间的二硫键，详细揭示了AbfR感应氧化信号，通过巯基官能团的不同状态和形式的修饰来诱导蛋白质构象变化，影响与启动子DNA的结合，从而响应氧化信号以及氧化环境的分子基础。最后，针对转录因子AbfR的三维结构，进行了虚拟筛选获得了小分子化合物，在生物化学水平上开展了小分子调控AbfR结合启动子DNA的研究。项目培育过程中尤其注重化学生物学/分子药理学在抗菌新靶标筛选验证技术平台，以及抗耐药菌感染交叉研究团队的建设。.