猪链球菌的eSTK/eSTP系统对反应调节因子CovR的调控及其机制研究

Precisely regulating gene to survive under harsh growth stresses is determinant for multiple-organ infection and cross-host transmission of Streptococcus suis. The two-component system CovS/CovR plays important roles in gene regulation and environmental stress adaption. However, in S. suis, this system lacks the sensor CovS. Then, how the response regulator CovR senses environmental growth stresses and accordingly regulates gene expression is the key for revealing the infection mechanism of S. suis. Our previous studies revealed that there was strong interaction between eSTK/eSTP system (eukaryote-like serine/threonine kinase and phosphatase) and CovR of S. suis, and thus speculated that eSTK/eSTP system is the sensor/regulator for CovR in response to environmental stresses in S. suis. However, due to the lack of evidences both on CovR phosphorylation inside Streptococcus and on gene regulation under environmental stresses, the details of the regulation and its mechanism are still unclear. Through gene knockout, in vivo phosphorylation, transcriptomic analysis and animal infection, in this study, we are planning to explore the mechanism of CovR regulation by eSTK/eSTP system, and to reveal the function of eSTK/eSTP and CovR in stress adaption during S. suis infection. This will shed new light on the infection mechanism of not only S. suis but also other Streptococci.

精确调控基因从而适应不同的生存压力，是猪链球菌多器官跨宿主感染的决定因素。双组份调控系统CovS/CovR在基因调控和适应环境压力中起重要作用。但是猪链球菌的CovS/CovR缺乏感应因子CovS，那么其反应调节因子CovR如何感应环境压力并进行相应的基因调控，成为揭示猪链球菌感染机制的关键。我们发现猪链球菌的真核样丝氨酸/苏氨酸激酶磷酸酶系统（eSTK/eSTP系统）与CovR具有很强的相互作用，因此推测猪链球菌eSTK/eSTP系统感应环境压力并调控CovR，但目前还缺少菌体内磷酸化和环境压力下基因调控的证据。本项目通过基因敲除、菌体内磷酸化、转录组分析和动物感染实验，从菌体内和组学水平上，研究猪链球菌中eSTK/eSTP系统对CovR的调控及机制；揭示猪链球菌感染过程中，eSTK/eSTP系统和CovR应对环境压力的作用及机制；从而进一步了解猪链球菌多器官跨宿主感染的机制。

猪链球菌是一种重要的人兽共患病病原，给养猪业和人类健康带来了严重的威胁。了解猪链球菌的细胞分裂机制和毒力因子作用机制，对开发潜在抗菌药物靶标，防治猪链球菌感染具有重要的意义。本项目开展了两部分的研究工作，分别为eSTK/eSTP系统调控DivB蛋白参与猪链球菌细胞分裂的机制研究和猪链球菌表面LPxTG蛋白SsGalNagA的作用机制研究。通过本项目的开展，一方面揭示了DivB蛋白在猪链球菌细胞分裂和生长中发挥重要作用，证实了其是eSTK/eSTP系统的底物，eSTK/eSTP通过磷酸化去磷酸化DivB的第7位的苏氨酸，调控DivB的定位和功能，影响猪链球菌细胞壁横隔的形成，从而调控细胞分裂；另一方面阐明了猪链球菌SsGalNagA蛋白特异结合和水解αGal表位聚糖的分子机制，证实了猪链球菌SsGalNagA蛋白特异靶向宿主细胞表面的αGal表位聚糖，在猪链球菌定植中发挥重要作用，是一个潜在的猪链球菌病治疗药物靶标。本项目首次揭示了DivB蛋白在细菌细胞分裂中的作用；系统阐释了SsGalNagA蛋白在猪链球菌定殖和感染过程中获取糖类营养的机制；并首次揭示了αGal表位聚糖在细菌感染中的潜在作用，在了解猪链球菌的生长和致病机制，防治猪链球菌感染方面具有重要的意义。