非质子泵细胞色素bd氧化酶介导结核菌逃逸宿主IFNγ应答的作用和机制
批准号:
82072252
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
蔡毅
依托单位:
学科分类:
病原细菌与感染
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
蔡毅
中文摘要
IFNγ应答是宿主限制细胞内结核菌增殖的重要机制。然而结核菌具有快速适应宿主坏境存活的能力,即使在IFNγ信号通路正常的宿主中,结核菌也被彻底清除。那么,结核菌是如何逃逸宿主IFNγ免疫杀伤?我们利用转座子插入突变文库测序发现结核菌编码呼吸链末端非质子泵细胞色素bd氧化酶亚基基因(CydA)的突变株在IFNγ活化的巨噬细胞中丰度显著降低;进一步验证发现IFNγ活化的巨噬细胞可以显著杀伤CydA基因敲除株,这种杀伤作用并不依赖于宿主细胞ROS/RNS;而是跟CydA基因缺陷导致结核菌对酸性更加敏感相关。因此,我们推测结核菌在IFNγ诱导巨噬细胞吞噬体酸性条件中,主要是依赖于细胞色素bd氧化酶来维持细菌的呼吸作用,逃逸宿主杀伤。本项目拟进一步研究细胞色素bd氧化酶在IFNγ诱导吞噬体酸性条件下,如何调控结核菌的呼吸作用来帮助结核菌抵抗宿主免疫杀伤,从而为结核病新型疫苗和/或药物研发提供新思路。
英文摘要
IFNγ response is an important mechanism to limit the proliferation of Mycobacterium tuberculosis (Mtb). However, Mtb has the ability to adapt to the host environment to survive. The host could only limit the growth of Mtb with the help of IFNγ. How Mtb escapes from host IFNγ-mediated immunity? Using transposon insertion library sequencing, we found that a transposon insertion in CydA, encoding a subunit of non-proton pump cytochrome bd oxidase were significantly reduced in the IFNγ-activated macrophages. IFNγ-activated macrophages macrophages can significantly kill the cydA knockout strain independent on ROS/RNS signaling. Further study revealed that genetic knockout cydA was defective for growth at low pH. Therefore, we speculate that cytochrome bd oxidase is important for Mtb to maintain the bacteria's respiratory under IFNγ-induced phagocytosis acidification. This project intends to clarify the mechanism by which IFNγ increases bacterial dependence of on cytochrome bd oxidase and how Mtb uses cytochrome bd oxidase to help itself escapes from host IFNγ-mediated immunity.The completion of the project will provide new strategies for the development of new vaccines and/or drugs for tuberculosis.
本研究系统性探讨了结核分枝杆菌(Mtb)细胞色素bd氧化酶(CydA)在酸性环境、宿主免疫压力和抗结核药物治疗中的关键作用。我们通过一系列实验分析,明确了CydA在结核菌应对宿主免疫反应、药物敏感性和呼吸代谢中的重要功能。首先,我们发现ΔcydA突变株在酸性条件下的生长适应性较差,并且在IFNγ活化的巨噬细胞中,ΔcydA突变株的存活显著低于野生型菌株。进一步研究显示,cydABDC操纵子对于结核菌抵抗IFNγ诱导的免疫压力至关重要,且该过程不依赖于iNOS和CYBB的参与。我们还确认ΔcydA突变株在IFNγ活化巨噬细胞中的生长缺陷源于IFNγ诱导的溶酶体酸化,揭示了细胞色素bd氧化酶在结核菌逃避宿主免疫压力中的作用。接着,我们研究了CydA与抗结核药物Q203的关系,发现当cydA被抑制时,结核菌对Q203的敏感性显著增加。通过Seahorse实验,我们确认在酸性pH条件下,细胞色素bd氧化酶的活性增强,而bc1/aa3复合物的活性则被抑制。这表明,在酸性条件下,H37Rv菌株主要依赖于低耗氧率的bd氧化酶进行呼吸,而ΔcydA突变株则因缺乏bd氧化酶而无法正常呼吸。此外,酸性环境显著降低了Q203的MIC值并促进了结核菌的死亡,表明酸性pH对Q203的药效有显著影响,为抗结核药物的优化提供了新的思路。最后,在小鼠感染模型中,我们研究了ΔcydA突变株在不同基因敲除小鼠中的适应性。结果显示,ΔcydA突变株在感染30天后,野生型、Nos2-/-和Cybb-/-小鼠中的肺部载量显著低于H37Rv,而在Ifngr1-/-和Rag2-/-小鼠中,ΔcydA和H37Rv的载量无显著差异。进一步分析表明,ΔcydA突变株的适应性减弱依赖于IFNγ信号通路和淋巴细胞的参与,且回补cydABDC基因能够恢复其适应性缺陷。这一发现表明,CydA在结核菌逃避宿主IFNγ介导的免疫反应中具有重要作用。综上所述,本研究阐明了细胞色素bd氧化酶在结核分枝杆菌应对酸性环境、宿主免疫反应及抗结核药物治疗中的重要功能。CydA不仅在酸性环境下通过调节细胞的呼吸作用促进结核菌生存,还通过参与抵抗IFNγ诱导的免疫压力帮助结核菌逃避宿主的免疫清除。此外,CydA对抗结核药物Q203的敏感性影响为未来的药物优化提供了潜在靶点。
宿主xCT抑制巨噬细胞内结核分枝杆菌MSH氧化的作用机制
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批准号:81770013
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2017
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负责人:蔡毅
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依托单位:
国内基金
海外基金