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结核分枝杆菌中sugI突变介导环丝氨酸耐药的分子机制

批准号:
82102406
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李杨
依托单位:
学科分类:
病原细菌与感染
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李杨

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
耐多药结核病(multidrug-resistant tuberculosis, MDR-TB)治疗困难,且有效药物十分有限。环丝氨酸作为抗结核治疗的核心药物,常组成MDR-TB患者的初始治疗方案。因此一旦环丝氨酸发生耐药,MDR-TB治疗失败风险显著上升。目前所发现与环丝氨酸耐药相关的机制主要包括alr、ddl、cycA、ald等非同义突变。但在临床仍存在部分表型耐药菌株未出现以上四种基因突变,提示有其他耐药机制的存在。为了探究这一问题,我们对这部分耐药菌株进行了菌株全基因组测序,我们筛查到sugI基因发生缺失突变,进一步我们发现sugI基因突变后细菌Alr表达活性的上调。由此我们进一步验证sugI缺失突变后能通过抑制糖外排,增加Alr所需辅因子PLP的含量,从而部分解除环丝氨酸对Alr的抑制作用。同时还将探讨是否存在sugI直接介导环丝氨酸进入结核分枝杆菌内的可能。
英文摘要
Multidrug-resistant tuberculosis (MDR-TB) is difficult to treat, and effective drugs are very limited. As the core drug of anti-tuberculosis treatment, cycloserine often constitutes the initial treatment plan for patients with MDR-TB. Therefore, once resistance to cycloserine develops, the risk of MDR-TB treatment failure increases significantly. At present, the mechanisms related to cycloserine resistance mainly include non-synonymous mutations such as arr, ddl, cycA, and ald. However, there are still some phenotypic drug-resistant strains in the clinic without the above four gene mutations, suggesting that there are other drug resistance mechanisms. In order to explore this problem, we conducted whole-genome sequencing of this part of the drug-resistant strains. We screened for deletion mutations in the sugI gene. Further, we found that the expression activity of bacterial Alr was increased after the sugI gene mutation. Based on this, we further verified that sugI deletion mutation can increase the content of cofactor PLP required by Alr by inhibiting sugar efflux, thereby partially releasing the inhibitory effect of cycloserine on Alr. At the same time, it will also explore whether there is the possibility that sugI directly mediates cycloserine into Mycobacterium tuberculosis.
耐多药结核病(multidrug-resistant tuberculosis, MDR-TB)是由对异烟肼和利福平都出现耐药的结核分枝杆菌引起的疾病,是阻碍全球消灭结核的关键瓶颈环节。环丝氨酸是治疗MDR-TB的核心药物之一。目前能组成有效治疗方案的二线抗结核药物非常有限,一旦环丝氨酸等二线药物出现耐药,MDR-TB患者治疗失败风险将显著上升,进一步造成广泛传播。前期研究中我们筛查到sugI基因发生缺失突变后可能造成结核分枝杆菌对环丝氨酸耐受性增加。本研究旨在进一步探究sugI基因介导环丝氨酸耐药机制。我们首先利用CRISPR-NHEJ(非同源末端连接)基因编辑系统,在结核分枝杆菌模式株H37Ra中构建了sugI基因敲除突变株。通过表型分析,我们明确观察到sugI基因的缺失突变显著增强了菌株对二线抗结核药物环丝氨酸的耐药性,其最低抑菌浓度(MIC)较野生型菌株及回补菌株显著升高。进一步的分子生物学实验采用溴化乙锭(EtBr)积累试验揭示,sugI突变导致结核分枝杆菌的物质外排能力受到了显著抑制,这一现象提示SugI可能在药物外排机制中具有关键作用。通过代谢流量分析,我们进一步发现SugI作为一种糖转运蛋白,其功能丧失在一定程度上通过补偿机制增加了菌内的碳源供给。具体而言,我们检测到在sugI突变株中,作为代谢前体底物的磷酸吡哆醛(PLP)及包括甘油醛-3-磷酸(G3P)在内的碳骨架分子浓度显著升高。结合体外酶活性试验的进一步验证,我们发现PLP水平的升高可部分恢复Alr酶的催化活性,而Alr酶恰为环丝氨酸的主要作用靶点。此外,我们通过对Alr酶催化L-丙氨酸转化为D-丙氨酸的动态水平进行系统测定,发现与野生型菌株及回补菌株相比,sugI突变株中总丙氨酸池的耗竭程度显著缓解。这一结果进一步验证了sugI突变可能通过间接恢复Alr酶活性而削弱环丝氨酸的抑制作用。综合而言,我们的研究揭示了sugI基因缺失如何通过影响代谢调控和酶活性调节,最终导致结核分枝杆菌对环丝氨酸产生耐药性的复杂分子机制,为理解环丝氨酸抗性提供了新的视角。
流感病毒影响宿主RNA干扰机器的新机制
  • 批准号:
    31770179
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    李杨
  • 依托单位:
哺乳动物中病毒特异性siRNA的功能机制
  • 批准号:
    91640111
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    86.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    李杨
  • 依托单位:
国内基金
海外基金