变异链球菌粘附相关小RNA与龋易感性的关系及功能分析

Abstract: Streptococcus mutans (S. mutans) has been considered as a primary causative agent of dental caries. Their adhesion to the surface of the teeth is the prerequisite for cariogenecity. Previous studies have shown that virulence factors associated with adhesion is regulated by small RNAs (sRNAs) in bacteria. However, the study on sRNAs of S. mutans is just begining, and whether sRNAs play a role in the adhesion process of S. mutans has not been reported. This proposed project set out to address this question by constructing sRNAs libraries under various adhesion conditions in S. mutans UA159. The sRNAs showed significantly differential expression level among the various adhesion conditions will be screened out and further confirmed by Northern blot and RT-qPCR. Moreover, the relationship between differential expression sRNAs and caries susceptibility will be analyzed combining the expression of these sRNAs in children suffered from dental caries and caries free with epidemiology survey data. Furthermore, the regulatory of sRNA on target mRNAs will be explored after the prediction of target mRNAs and the biosynthesis of sRNAs. Taken together, our study not only reveal the adhesion mechanisms of S. mutans at post-transcription level, but also facilitate discovering future targets for the prediction and prevention of dental caries.

变异链球菌（变链菌）是目前公认的主要致龋菌，其对牙面的粘附是发挥致龋作用的首要条件。研究表明细菌粘附相关毒力因子的表达受细菌体内小RNA（small RNAs, sRNAs) 的调控，但sRNAs在变链菌的研究刚刚开始，其在变链菌粘附作用中的角色尚未见报道。本课题拟在不同粘附条件下对变链菌UA159的sRNAs建库、测序及筛查差异性表达的sRNAs，并应用Northern blot及RT-qPCR技术进一步鉴定。检测差异性表达sRNAs在有龋和无龋幼儿牙菌斑变链菌临床株的表达水平，结合流行病学调查资料，分析其与龋易感性的关系。预测相应靶mRNA，生物合成sRNAs后探讨龋易感性sRNAs对靶mRNA的调控作用。从转录后水平探讨变链菌的粘附机制，为寻找龋病预测及预防的新靶标提供实验依据。

细菌小RNA在细菌的致病性和环境适应性中发挥重要作用。变异链球菌（变链菌）是目前公认的主要致龋菌。通过在不同致龋压力（酸性压力，不同蔗糖及葡萄糖浓度压力）下构建变链菌标准株UA159的小RNA文库，并结合测序和生物信息学分析结果，发现变异链球菌在不同压力和环境诱导下均可产生一定数量的sRNAs，其中部分sRNAs是受特异压力诱导产生的，变异链球菌中可能存在复杂的sRNAs调控网络。低pH环境是导致龋病发生的直接条件，我们继而在变异链球菌临床株中验证酸性压力诱导下的小RNA的表达改变与预测靶基因的关系，结果发现sRNA133474的表达在不同pH条件下和不同耐酸能力的临床株中的差异倍数最大，其中sRNA133474与预测靶基因liaR, ciaR和covR的表达呈负相关。变异链球菌对牙面的粘附能力是其发挥后续致龋性的先决条件，我们在不同粘附条件（1% 蔗糖和无蔗糖）下对变异链球菌 UA159 的 sRNAs进行建库测序，结合信息学分析（GO、KEGG及靶基因预测）、临床株生物学表型与小RNA表达水平相关性分析结果，发现sRNA0187和sRNA0593的表达在高粘附能力和低粘附能力的临床菌株中具有显著性差异变化，其中sRNA0593可能通过正调控vicR、gbpB、gtfB、gtfC、gbpC及gtfD促进变异链球菌的粘附，而sRNA0187可能通过负调控vicR、gbpB、gtfB、gtfC及gbpC而抑制变异链球菌的粘附。考虑到龋病是以细菌感染为主的多因素疾病，我们采用流行病学的方法，结合龋危险因素，评估变异链球菌临床株中sRNA0187和sRNA0593在龋病发生中的作用，发现sRNA0187的低水平表达与乳牙龋易感性相关。本研究不仅开阔了变异链球菌的致龋机制研究的视野，也为寻找龋病预测及预防的新靶标提供了一定的依据。