Nature Commun | 上海免疫與感染研究所晁彥杰研究組發(fā)現(xiàn)非編碼RNA控制高毒力超級細菌感染致病
文章來源:上海免疫與感染研究所 | 發(fā)布時間:2024-08-14 | 【打印】 【關(guān)閉】
8月13日,國際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海免疫與感染研究所晁彥杰研究組的研究論文:RNA interactome of hypervirulent Klebsiella pneumoniae?reveals a small RNA inhibitor of capsular mucoviscosity and virulence。該研究聚焦于高毒力高耐藥超級細菌的致病機制,利用自主研發(fā)的微生物活細胞RNA-RNA互作組研究技術(shù)(iRIL-seq),揭示了高毒力肺炎克雷伯菌的非編碼RNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)圖譜,發(fā)現(xiàn)非編碼小RNA通過靶向一個新型毒力因子從而有效抑制超級細菌感染與疾病發(fā)生。
高毒力肺炎克雷伯菌可在健康人體中引起嚴重感染,導(dǎo)致肺炎、肝膿腫、腦膜炎、膿毒癥等多種疾病,病情發(fā)展迅速、傳播快、病死率高,已在全球16個不同國家報告發(fā)現(xiàn),具有潛在大流行的風(fēng)險,被世界衛(wèi)生組織列為急需控制的優(yōu)先病原體。這種新型超級肺炎細菌致病機制不明,缺乏明確的蛋白質(zhì)毒力因子,研究發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵致病因子是細菌表面的高黏性莢膜多糖,幫助該菌逃逸宿主免疫系統(tǒng)的識別與清除,實現(xiàn)多組織器官的入侵與復(fù)制。因此,了解莢膜多糖的合成如何調(diào)控,以及高黏性如何產(chǎn)生,是闡明高毒力肺炎克雷伯菌致病機理的關(guān)鍵。非編碼小RNA是原核病原微生物中數(shù)量最多的一類轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子,通過與靶標(biāo)mRNA進行直接互作配對,調(diào)節(jié)靶標(biāo)mRNA的翻譯或降解過程,在細菌毒力、抗生素耐藥、營養(yǎng)代謝、壓力應(yīng)激、生物膜合成、群體感應(yīng)等許多生物學(xué)過程中發(fā)揮重要的作用。該研究利用一項近期自主開發(fā)的微生物活細胞RNA-RNA互作組學(xué)研究技術(shù)iRIL-seq (Nat. Commun,2023,14:8106),全面建立了高毒力肺炎克雷伯菌中的RNA-RNA互作網(wǎng)絡(luò),發(fā)現(xiàn)了多個非編碼小RNA調(diào)控莢膜多糖合成相關(guān)基因表達與莢膜黏性的直接證據(jù)。
圖1. RNA-RNA互作組揭示高毒力肺炎克雷伯菌中莢膜多糖基因的RNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)
基于RNA-RNA互作組數(shù)據(jù),研究人員篩選測試了20多個非編碼小RNA,發(fā)現(xiàn)ArcZ對莢膜黏性具有最強烈的抑制作用,能夠顯著抑制高毒力肺炎克雷伯菌感染小鼠致病。ArcZ的抑制作用高度保守,不受菌株基因型與莢膜型的影響,在高毒力且高耐藥臨床菌株中仍有顯著效果,表明ArcZ是一種具有臨床治療潛力的強效RNA抑制劑。研究進一步發(fā)現(xiàn)了激活A(yù)rcZ轉(zhuǎn)錄表達的碳源代謝信號與相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子CRP;鑒定了ArcZ調(diào)控的下游靶標(biāo)基因mlaA和fbp,分別編碼了外膜磷脂轉(zhuǎn)運蛋白MlaA和果糖磷酸酶Fbp,證明ArcZ利用RNA-RNA堿基互作機制在轉(zhuǎn)錄后水平抑制mlaA與fbp?mRNA的翻譯表達,揭示了一個全新的CRP-ArcZ-MlaA高黏性莢膜調(diào)控通路。
圖2. 高毒力肺炎克雷伯菌非編碼小RNA ArcZ抑制毒力莢膜黏性的分子機制
外膜磷脂轉(zhuǎn)運蛋白MlaA不直接參與莢膜多糖的合成,該研究進一步闡明了MlaA調(diào)控高黏性的分子機制。通過對mlaA基因進行敲除、基因組回補、蛋白關(guān)鍵位點突變等深入分析,意外發(fā)現(xiàn)MlaA蛋白及其介導(dǎo)的磷脂轉(zhuǎn)運活性對莢膜高黏性和致病性都至關(guān)重要,是一個尚未被報道的新型毒力因子。缺失MlaA不僅導(dǎo)致高毒力肺炎克雷伯菌莢膜黏性顯著降低,而且造成細菌毒力大幅下降,喪失感染小鼠的能力。因此,該研究不僅揭示了一個高毒力超級細菌感染致病的新型毒力機制,而且發(fā)現(xiàn)了靶向抑制該毒力機制的非編碼RNA分子,為開發(fā)新型抗感染藥物和超級細菌疫苗提供了新的思路與方向。
中國科學(xué)院上海免疫與感染研究所晁彥杰研究員為該論文唯一通訊作者;晁彥杰研究組助理研究員吳可菁、博士研究生林星宇、碩士研究生陸雨潔為論文共同第一作者。該工作得到了北京大學(xué)第三醫(yī)院沈?qū)?、鄭佳佳的幫助;受到了國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院B類先導(dǎo)計劃、國家自然科學(xué)基金等科研項目的經(jīng)費支持。
原文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-024-51213-z
研究組簡介:
微生物RNA系統(tǒng)生物學(xué)研究組(負責(zé)人:晁彥杰研究員)以人體重要病原菌和共生菌為研究對象(如腸道沙門菌、肺炎克雷伯菌等),利用獨特的高通量測序技術(shù)和功能基因組實驗方法,鑒定新型的非編碼小RNA、RNA結(jié)合蛋白并解析其功能與機制,加深對微生物感染致病、耐藥持留、宿主互作和共生機制的認識。課題組主持承擔(dān)多項國家級人才與科研項目,在Nature,Mol Cell,Nature Comm,EMBO J,EMBO Mol Medicine,Trends in Microbiol,Emerging Microb & Infections等國際期刊發(fā)表30多篇高水平論文,引用超過7000次,歡迎有志青年加入團隊。