调节金黄色葡萄球菌致病力的单组分信号转导系统研究

The increasing prevalence of superbugs such as MRSA (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus) demands the discovery of innovative anti-infective agents that attack new targets, to overcome resistance. One of potential alternative approaches to the treatment of S. aureus infection, particularly those caused by MRSA, is agent that targets bacterial virulence. Thus, understanding the virulence mechanism used by S. aureus ultimately provides new insight into bacterial pathogenesis as well as therapeutic strategies to combat this dreaded infectious disease. In our previous study, we identified CcpE as a one-component system that allows S. aureus to sense and adjust its metabolic state and subsequently to coordinate the expression of virulence factors and bacterial virulence. This finding reinforces the view that one-component systems play critical roles in the virulence potential of S. aureus. In the proposed studies here, we sought to identify novel one-component systems that contribute to S. aureus virulence and investigate their mechanisms of action, as well as the mechanisms of action of VirR, a key one-component system for the regulation of S. aureus virulence. There is a high probability of this project yielding novel insights into the signal transduction pathways and determinants of S. aureus virulence.

金黄色葡萄球菌（金葡菌）是一种重要的人类病原细菌，严重危害人类的生命健康。其中，对甲氧西林耐药的金葡菌，被公认是“超级细菌”，给临床抗感染治疗带来很大的困难。目前的研究表明，阐释金葡菌致病性的分子基础不仅有助于为抗细菌感染提供新的思路，而且也有望为抗致病力药物的研究提供新的药物作用靶点。在前期的研究中，我们发现金葡菌的CcpE蛋白是一个对金葡菌的毒力因子表达及致病力都具有重要调节功能的单组分信号转导系统，进一步表明了单组分信号转导系统在金葡菌致病性的调节中扮演着重要的角色。本申请项目拟基于突变体资源库、单组分信号转导系统及其翻译后修饰的前期研究基础，进一步探索对金葡菌致病力具有重要调节功能的单组分信号转导系统的调节机制和作用分子机理，推动病原细菌信号传导途径研究的新发现，为新型的抗细菌感染新策略提供理论依据。该项目的立项和顺利实施将进一步阐明金葡菌致病性调节及其信号转导的分子基础。

金黄色葡萄球菌是一种重要的人类病原菌。甲氧西林耐药金葡菌（MRSA）的出现使得其临床治疗变得十分棘手，并被WHO在需要开发新抗菌药物的病原菌清单中列为高度优先级。新策略抗菌药物的发现在很大程度上依赖于对病原菌致病分子机制的深入理解。在本项目中，我们通过体外的染色质免疫沉淀及测序分析，在基因组水平上挖掘了单组份信号转导系统CcpE的靶标，并发现CcpE可以直接结合在金属离子摄取和转运相关基因的启动子上，从而使金葡菌迅速上调相关基因的表达，以利于其适应环境。另外，我们发现金葡菌中苏氨酸/丝氨酸蛋白激酶Stk1和其对应的酯酶Stp1可以直接磷酸化/去磷酸化转肽酶SrtA, SrtA被Stk1磷酸化后其转肽活性受到抑制，加入Stp1去磷酸化后其转肽活性恢复。蛋白磷酸化质谱结果显示SrtA上存在多位点磷酸化，其中C184是SrtA在细胞水平上主要的磷酸化位点。动物实验结果表明：Stk1/Stp1对金葡菌致病力的影响部分依赖于其对SrtA的磷酸化/去磷酸化修饰。这些研究成果为我们干预金葡菌的致病性提供了新的切入点。在本项目的资助下，我们进一步拓展了病原细菌信号转导系统的研究，研究结果分别发表在Science Signaling，Molecular Microbiology和Science Bulletin等学术期刊，为我们深入理解细菌的信号转导过程和致病机制提供了新的视角。