定量蛋白质组学分析PknG在分枝杆菌中的功能

丝氨酸苏氨酸蛋白激酶G(PknG)是分枝杆菌中一个类似于真核生物蛋白激酶C的蛋白质,对结核分枝杆菌的生长和新陈代谢等生理过程,以及结核分枝杆菌的耐药和在宿主细胞中的存活都起着重要的调节作用.本文在耻垢分枝杆菌(Mycobacterium smegmatis)mc2155中构建了过表达结核分枝杆菌PknG的重组菌株PknG-mc2155,并发现PknG-mc2155的生长速度慢于mc2155.应用化学修饰结合LC-LC-MS/MS的定量蛋白质组学方法,在mc2155和PknG-mc2155中鉴定到了176种有差异表达的蛋白,其中152种蛋白在PknG-mc2155中表达下调,24种蛋白表达上调.这些差异表达的蛋白参与了多个细胞过程,包括代谢、蛋白翻译等.基于这些结果,我们推测PknG-mc2155生长速度慢的原因是因为代谢相关酶如GlpK,ALD和DesA1等蛋白表达的下调;而Ag85A,Ag85C,SecA2等蛋白的上调则增强细菌的感染性;另外KatG蛋白的下调提示PknG的过表达增强了菌株的抗药性.代谢组学分析发现谷氨酸和谷氨酰胺在PknG-mc2155中的水平低于在mc2155中水平,证实了PknG影响谷氨酰胺的稳态平衡.利用蛋白质磷酸化分析,我们发现PknG的苏氨酸残基T-320上有一个自磷酸化修饰,而且在PknG-mc2155菌株中,也鉴定到gltA和glmM上的磷酸化修饰,显示gltA和glmM是PknG的底物.本研究为理解PknG的功能和作用机制提供了新的依据和解释,为深入研究PknG在结核分枝杆菌中的功能奠定了基础,我们的结果也表明蛋白质组学技术是系统研究细菌蛋白质功能的重要工具.     

定量蛋白质组分析蚯蚓血红蛋白样蛋白MSMEG_3312介导的分枝杆菌耐红霉素机制

[目的]细菌耐药机制是个复杂的机制,系统生物学是系统性揭示耐药机制的有力研究手段。我们课题组前期研究结果显示,蚯蚓血红蛋白样蛋白msmeg_3312基因敲除后能够增加耻垢分枝杆菌对红霉素的耐药性,本文系统研究MSMEG_3312参与红霉素耐药性形成的机制。[方法]首先纯化MSMEG_3312蛋白,利用光谱及圆二色谱描述MSMEG-3312蛋白。利用定量蛋白质组学的方法比较分析敲除菌株Δmsmeg_3312与野生型菌株mc² 155蛋白表达的差异,并通过qRT-PCR进行验证。利用红霉素ELASA试剂盒测定Δmsmeg_3312与mc² 155的胞内药物浓度。[结果]光谱及圆二色谱分析确定MSMEG_3312是蚯蚓血红蛋白样蛋白。定量蛋白质组学分析发现,红霉素未处理的条件下,相比于野生型菌株mc² 155,敲除菌株Δmsmeg_3312有包括3种转运蛋白在内的8种蛋白表达水平上调,14种蛋白表达下调;而红霉素处理后,Δmsmeg_3312中有448种蛋白差异表达,其中有11种转运蛋白表达上调,26种蛋白与氨基酸合成通路相关。胞内药物浓度检测显示敲除菌株Δmsmeg_3312的胞内红霉素浓度显著低于野生型菌株。[结论]蚯蚓血红蛋白样蛋白MSMEG_3312调控改变了细菌对红霉素药物处理的反应网络,其介导的红霉素耐药是一种集合抗生素耐受机制。     

结核病疫苗和耻垢分枝杆菌引起树突状细胞差异免疫反应的蛋白质组学分析

研究结核分枝杆菌和免疫细胞的相互作用对发展新的结核病防治策略至关重要.由于结核分枝杆菌生长缓慢,且需要在高等级生物安全实验室中进行操作,快速生长非致病的耻垢分枝杆菌(Mycobacterium smegmatis)经常用来作为结核分枝杆菌的模式菌开展相关研究.为了探讨耻垢分枝杆菌和结核分枝杆菌对免疫系统产生的不同影响,本课题组利用缓慢生长的结核菌的减毒活疫苗卡介苗(BCG)和耻垢分枝杆菌mc2155分别感染小鼠(Mus musculus)树突状细胞DC2.4细胞,通过蛋白质组学分析,阐述宿主细胞对BCG和耻垢分枝杆菌不同的免疫反应.结果表明,BCG在DC2.4中生存时间比耻垢分枝杆菌长.定量蛋白质组学发现耻垢分枝杆菌激活了Ⅰ型干扰素信号通路,上调了AIM2,IFI204,IFIT1和ISG15蛋白的表达.相反,BCG的侵染对宿主细胞的蛋白组影响不大.分泌组学的结果显示,耻垢分枝杆菌的侵染诱导树突状细胞分泌更多的细胞趋化因子以及ISG15,TNF和IL-6等细胞因子,说明耻垢分枝杆菌的侵染促进了宿主细胞的细胞因子和趋化因子的释放,从而迅速地清除侵染的细菌.与此一致的是,耻垢分枝杆菌侵染的小鼠原代免疫细胞比BCG侵染产生更多的IFN-γ.进一步的研究发现,ISG15过表达阻止分枝杆菌进入宿主细胞.综上所述,本研究证明与缓慢生长的BCG相比,耻垢分枝杆菌引起宿主细胞更强烈的免疫反应,致使耻垢分枝杆菌在宿主细胞中被迅速清除.同时,本研究组发现耻垢分枝杆菌侵染引起的ISG15上调阻止了分枝杆菌进入宿主细胞.     

SIRT3过表达通过调控细胞代谢转换抑制肾肿瘤细胞的增殖

目的:研究SIRT3对肾透明细胞癌(clear cell renal cell carcinoma, ccRCC)769-P细胞增殖和抗氧化能力的影响,并进一步探究其作用机制。方法:在769-P细胞的基础上构建SIRT3过表达稳转细胞系;利用CCK-8试剂检测769-P SIRT3过表达细胞的增殖速度;利用CellROX~Deep Red染料并结合流式细胞分析检测SIRT3过表达对769-P细胞中ROS水平的影响;利用定量蛋白质组学和代谢组学的方法,探究SIRT3对769-P细胞的作用机制。结果:CCK-8实验结果表明,769-P SIRT3过表达细胞的生长速度与对照细胞相比下降了约48%;定量蛋白质组学分析显示,769-P SIRT3过表达细胞中ALDOA、ALDOA、ENO2、PKM、LDHA、LDHB表达量下调约0.4至0.7倍,SDHB和CS上调约1.3倍;代谢组学分析显示,PEP、pyruvic acid、lactate、carnitine水平下降约0.4至0.7倍,isocitric acid和acetyl-CoA水平升高分别约1.3和2.8倍;分析还显示SIRT3过表达上调SOD2、TXN、GPX4和GLRX5的表达量约1.3至2倍,降低ROS水平约40%,增强细胞对过氧化氢的耐受力。结论:SIRT3过表达引起769-P细胞的代谢转换,从而抑制其增殖;且上调769-P细胞中抗氧化酶的表达,降低ROS水平,增强细胞的抗氧化能力。     

ISG15过表达抑制THP-1细胞的增殖与吞噬

目的:干扰素刺激基因15蛋白(Interferon-stimulated Gene 15,ISG15)是由I型干扰素诱导产生的类泛素蛋白,在先天免疫中起重要作用,本文旨在阐明ISG15的表达水平对巨噬细胞功能的影响并进一步探究其作用机制。方法:构建ISG15过表达质粒并通过慢病毒感染的方法整合进入THP-1细胞中,通过流式细胞仪分选出单克隆ISG15过表达细胞系,利用Western Blotting的方法验证ISG15在细胞内的过表达效果。在构建成功的细胞系中进行CCK8细胞增殖实验和Latex Beads细胞吞噬实验,最后通过定量蛋白质组学的方法观察细胞内蛋白质水平上变化。结果:Western Blotting的结果验证了ISG15在THP-1巨噬细胞系中的过表达效果,证明了ISG15过表达巨噬细胞系的成功构建。CCK8细胞增殖实验的结果表明,ISG15过表达的细胞系与对照组细胞系相比其增殖能力减弱;Latex beads细胞吞噬实验显示ISG15过表达细胞系的吞噬能力发生下降,并在蛋白质组学数据中找到糖酵解相关酶和膜转运蛋白下调的证据。结论:ISG15过表达能够降低与糖酵解相关的蛋白从而导致增殖能力的下降;同时也引起膜转运相关蛋白下调造成吞噬能力降低。     

定量蛋白质组学分析ClpS在分枝杆菌耐药中的功能

ClpS是原核生物蛋白质降解复合物ClpAPS的重要组成成分,它可以识别某些特定的氨基酸序列并将其呈递给ClpAP以促进其降解。同时,ClpS也抑制了其他蛋白质底物的降解。本研究通过在耻垢分枝杆菌中过度表达ClpS,发现所构建的重组菌株提高了利福平的抗药性。应用定量蛋白质组学技术,我们系统地分析了过度表达ClpS对于细菌蛋白质组的影响,并推测出细菌抗利福平的分子机制:ClpS促进稳态的调整、促进药物沉降以及加速药物代谢。本研究首次通过改变细菌降解复合物的相关蛋白的表达增加细菌的抗药性,并证明蛋白质组学技术是细菌的抗药性研究以及耐药株筛选的重要工具。