隐球菌铜离子代谢以及铜离子对隐球菌肺部感染的抑菌作用及其机制研究

Cryptococcus neoformans is a fungal pathogen for human and animals and a causative agent for acute pulmonary infection and meningitis. Cryptococcus Cu homeostasis is directly involved in fungal virulence in animal models. It has been demonstrated that a transcription factor, Cuf1, regulates expression of high affinity Cu transporters (Ctr1 and Ctr4) and Cu detoxification proteins (metallothioneins, Cmt1 and Cmt2), whereas the regulation mechanisms remain unclear. Here we propose to decipher and identify Cuf1 regulation mechanism using RNA-seq. Applying cell molecular techniques and mouse pulmonary infection models, our studies will gain critical information on how a fungal pathogen influences the expression of the host Cu homeostasis machinery. Given the emerging information on the role of our microbiome plays in human health, these studies will also contribute invaluable information on the biology of Cu at the human-microbiome axis.

隐球菌是感染人和哺乳动物引起隐球菌肺炎和脑膜炎的病原酵母菌。隐球菌铜离子代谢直接影响菌种在活体动物体内的致病毒力。近期研究表明，隐球菌细胞核转录因子Cuf1同时调控铜跨膜转运蛋白Ctr1/Ctr4和金属硫蛋白Cmt1/Cmt2的基因表达，但其具体机制尚不清楚。本项目拟采用RNA-seq技术，结合小鼠肺部隐球菌感染模型，利用微生物分子生物学和小鼠感染病理学等手段，分析Cuf1对隐球菌铜离子代谢相关基因(低铜敏感基因和高铜敏感基因)的双向调控作用，证实隐球菌铜离子代谢基因敲除影响隐球菌对宿主的致病毒力，明确隐球菌铜离子代谢相关蛋白抵抗宿主免疫的可能途径，本项目为深入探讨隐球菌细胞铜离子代谢机制，明确铜离子在宿主肺部天然免疫中的作用以及相关药物的研发提供理论基础。

新型隐球菌（Cryptococcus neoformans）是人类三大致病性真菌之一，可引起肺组织感染以及脑膜脑炎，每年约有60万人因感染新型隐球菌而死亡。生命体的铜离子稳态参与调节多种代谢过程，包括抵御氧化压力、能量代谢、信号传导等。宿主利用铜离子的抑菌作用抵御外来病原体入侵，同时致病性真菌也进化出不同的铜离子代谢机制以应对宿主的天然免疫。.本项目拟通过分子生物学手段验证铜离子转运蛋白对新型隐球菌感染能力的影响。研究结果显示，CTR1和CTR4在肺感染和脑膜脑炎形成过程中，利用不同的调节方式影响新型隐球菌的致病力。敲除CTR1不影响新型隐球菌感染小鼠的能力；而敲除CTR4虽不影响新型隐球菌的体外表现型，但显著提高其感染能力。相反地，过表达新型隐球菌中CTR1或CTR4，将导致宿主肺和脑中CFU（Colony-forming units）水平显著降低。此外在宿主肺中新型隐球菌的CMT1启动子被激活，而脑组织中新型隐球菌的CTR1和CTR4启动子被激活，说明新型隐球菌在肺组织中应对高铜环境，而在脑组织中应对低铜环境。同时，ctr1Δctr4Δ菌种在脑室感染中表现低致病力，说明铜离子摄取机制对于新型隐球菌形成脑膜脑炎至关重要。综上所述，新型隐球菌通过转换解毒和摄取这两种不同的铜离子代谢机制，以应对宿主体内不同的铜离子环境。本研究首次揭示宿主应对新型隐球菌感染过程的铜离子天然免疫作用，为进一步深入研究真菌感染机制以及宿主与病原体之间的关系提供基础。.项目执行顺利，已在国际微生物学期刊发表SCI论文两篇（Molecular Microbiology和Nature Communications）。其中一篇为Nature子刊，影响因子为11.47。培养博士研究生1人（已毕业），培养硕士研究生2人（已毕业）。已毕业博士研究生获得多项科研奖项：2014年博士研究生国家奖学金，2015年沈阳市优秀研究生荣誉称号，2016年沈阳市十大优秀自然科学学术成果奖。