LsrB-like蛋白调控布鲁菌毒力的分子机制研究

Brucella is a facultative intracellular pathogen, its virulence depends on the ability of invasion into host cell and intracellular survival. Once uptaken, the Brucella has to adjust its gene expression profile to adapt to intracellular environment. Therefore, transcriptional regulator family play an important role in Brucella adapting to the intracellular environment. LysR-type transcriptional regulator family are widespread in bacteria with multi-functions, such as bacterial metabolism, virulence. In previous study, we identified a virulence-associated LysR-type transcriptional regulator in Brucella, which is highly conserved in Rhizobiales, and it is homologous to LsrB protein reported in Sinorhizobium, with 68% similarity at amino acid level, so the gene was designated as lsrB-like. In our preliminary study, the results revealed that LsrB-like is an important virulence-associated transcriptional regulator in Brucella, which is involved in Brucella trafficking within cell and escaping host immune surveillance. However, the exact mechanism of regulation is unknown. The purpose of this study is to elucidate the molecular mechanism of Brucella virulence regulated by LsrB-like, which make for further understand Brucella pathogenesis and lay the groundwork for investigating Brucella novel vaccines.

布鲁菌是一种兼性胞内寄生菌，其毒力主要体现在入侵宿主细胞并在胞内存活的能力。布鲁菌一旦进入胞内必需通过调整一系列基因的表达来适应胞内环境。其中，转录调控子家族对于细菌适应胞内环境发挥着重要作用。LysR家族转录调控子是细菌中广泛存在的一类多功能调控子，参与调控细菌的代谢和毒力等。在前期研究中，我们筛选鉴定到一个与布鲁菌毒力有关的LysR-type调控子，发现该调控子在根瘤菌目细菌中高度保守，其中与已报道的中华根瘤菌LsrB蛋白氨基酸同源性高达68%，因此，我们将其命名为lsrB-like基因。初步研究结果表明，LsrB-like蛋白是布鲁菌一个重要毒力相关的调控子，参与调控布鲁菌胞内转运和帮助布鲁菌逃逸宿主免疫监控。然而，目前对其具体的调控机制研究并不清楚。本研究旨在阐明LsrB-like调控布鲁菌毒力的分子机制，为布鲁菌致病机制研究提供理论研究资料，为布鲁菌新疫苗的研发奠定基础。

布鲁菌病是由布鲁菌属细菌感染引起的一种呈世界范围内流行的重要的人畜共患细菌性传染病。布鲁菌无典型的毒力因子，其毒力主要体现在感染宿主细胞并在胞内复制的能力。为适应细胞内环境，布鲁菌通过调控一系列基因的协同表达完成胞内复制过程。其中，转录调控子家族是布鲁菌调控靶基因表达的关键组分。LysR家族转录调控子（LTTRs）在原核生物中广泛存在，可直接结合靶基因的启动子区，激活或抑制靶基因的转录。在布鲁菌中，目前发现编码20多个LTTRs，本研究发现一个与布鲁菌毒力相关的LTTR，由布鲁菌bab_RS23145（bab1_1517）基因编码，生物信息学分析发现该基因在根瘤菌目细菌中高度保守，与已报道的中华根瘤菌LsrB蛋白同源。细胞和动物感染试验表明，lsrB基因缺失明显减弱流产布鲁菌的毒力。耐受性试验揭示LsrB在布鲁菌抵抗氧化应激、氮化应激、多粘菌素B以及牛自然血清杀菌过程中发挥重要作用。进一步试验发现，lsrB缺失株感染巨噬细胞或小鼠明显激活细胞或宿主分泌炎性细胞因子，预示LsrB可能调控关键靶基因协助布鲁菌逃逸宿主先天免疫监测。qPCR分析lsrB侧翼基因的表达，发现小RNA abcR2呈现明显下调表达。之后，本研究构建了一系列abcR2的互补株和缺失株，耐受性试验表明abcR2在布鲁菌抵抗氧化应激中起到重要作用。通过RNA-seq分析和qPCR验证发现，LsrB调控15个基因的上调表达和10个基因的下调表达。通过基因回补试验发现LsrB调控vjbR基因影响四型分泌系统功能在布鲁菌胞内存活过程中发挥重要作用。此外，蛋白功能分析发现LsrB基于二硫键形成四聚体的形式发挥调控作用。通过异源互补试验结果表明，中华根瘤菌和土壤农杆菌LsrB同源蛋白能完全回补布鲁菌lsrB缺失株的毒力。综上所述，本研究主要阐明lsrB基因在流产布鲁菌致病的分子机制，LsrB在根瘤菌目共生或寄生菌中具有共同的调控机制。