乙酰化修饰调控类泛素连接酶PafA的活性影响结核分枝杆菌生存的机制研究

Mycobacterium tuberculosis (Mtb) is the causative agent of Tuberculosis (TB). Widespread drug-resistant TB has made the TB epidemic worse. In order to combat with TB, it is urgent to discover new key mechanisms of Mtb and provide possibilities for the development of new anti-TB drugs. Prokaryotic ubiquitin-like proteasome degradation pathway (Pupylation) is essential for Mtb to survive in the host and is considered to be a potential target for anti-TB drugs. However, the regulation mechanism of its core enzyme，the ubiquitin-like ligase PafA, is still elusive. In our previous study, we found that there were multiple acetylation sites on Mtb PafA. Preliminary results showed that two of them have strong influence on the activity of PafA and the survival of Mtb in the environment of nitric oxide. We speculate that acetylation regulates the activity of PafA and affects the survival of Mtb. Therefore, we will determine the effect of PafA acetylation on its enzymatic activity through a variety of means and investigate the physiological effect of PafA acetylation on the survival of Mtb in macrophages. This study will provide new hints for the development of anti-TB drugs that targeting Pupylation.

结核病是由结核分枝杆菌（Mtb）感染所导致。耐药性结核病的传播使结核病疫情愈发严重。为了遏制结核病，迫切需要发现新的Mtb生存关键机制，为开发抗结核新药提供指引。原核类泛素化蛋白酶体降解途径Pupylation为Mtb在宿主体内生存所必需，是极具潜力的抗结核药物设计靶点，但其核心成分类泛素连接酶PafA的调控机制仍不清楚。我们在前期研究发现Mtb的PafA上存在多个乙酰化修饰位点，其中两个位点对PafA的酶活以及对Mtb在一氧化氮环境下生存有显著影响，因此我们推测乙酰化修饰调控PafA酶活进而影响Mtb的生存。本项目将从生化、细菌和结构生物学等角度研究乙酰化修饰对PafA酶活的影响，揭示乙酰化修饰调控PafA对Mtb在巨噬细胞内的存活的生理意义。本研究将为针对Pupylation通路开发抗结核药物提供新思路。

肺结核由结核分枝杆菌(Mtb)导致。由于耐药菌株的广泛出现以及Mtb与HIV的共感染,结核病仍是一种严重的传染性疾病。Mtb的致病机制复杂,加强基础研究是有效防控的必由之路。项目负责人发现Mtb 类泛素连接酶 PafA 与乙酰基转移酶 Rv0998 之间的相互作用，同时质谱鉴定Mtb 毒株PafA具备K202, K361, K435三个乙酰化修饰位点。体外构建模拟乙酰化和去乙酰化点突变的 PafA，发现模拟乙酰化修饰位点的202位点突变抑制类泛素连接酶活；进一步发现K202, K435特定位点乙酰化修饰体外抑制体内体外的PafA 类泛素酶活。结构生物学角度解析K202乙酰化修饰位点对 PafA 酶活影响的可能机制涉及影响底物与PafA结合。进一步鉴定 PafA 的去乙酰化酶为CobB，构建的 MtbΔCobB发现PafA乙酰化修饰较野生株明显升高。同时检测敲除去乙酰化酶 H37Rv 的整体蛋白的类泛素连接修饰水平也发现明显降低。 进一步也发现K202位乙酰化修饰抑制Mtb在NO环境中的生存。本项目揭示在 Mtb 中，类泛素连接酶 PafA 的活性受到乙酰化修饰的调控，进而调节 Mtb 在NO 环境下的生存。考虑到 PafA 为 Mtb在宿主体内生存所必需，因此通过本研究将揭示乙酰化修饰通过对 PafA 的调控影响 Mtb 在宿主内生存的机制，为针对 Pupylation 通路开发抗结核药物提供新思路。