重要病原菌与宿主相互作用分子机制的研究2012CB518700-G

项目名称：重要病原菌与宿主相互作用分子机制的

研究

首席科学家：戈宝学同济大学

起止年限：2012.1-2016.8

依托部门：教育部上海市科委

一、关键科学问题及研究内容

本项目将紧密围绕细菌性传染病防控和国家安全（生物反恐）等国家重大需求，以重要胞内病原菌土拉杆菌，结核杆菌和鼠疫菌为模型，系统地研究病原菌和宿主之间相互作用的分子机制，拟重点研究解决以下关键科学问题：

1.胞内病原菌侵入宿主细胞的分子调控机制？

2.胞内病原菌在宿主细胞内存活的分子调控机制？

3.胞内病原菌因子如何干扰宿主细胞的关键信号通路？

主要研究内容

为了解决以上三个关键科学问题，本项目拟以重要胞内病原菌土拉杆菌，结核杆菌和鼠疫菌为研究对象，系统地筛选发现鉴定与病原菌侵入及胞内存活相关的病原菌致病因子和宿主因子，研究病原菌和宿主的功能非编码RNA和蛋白质的相互作用，病原蛋白-宿主蛋白之间的相互作用，及泛素及类泛素化蛋白修饰等如何调控病原菌进入宿主细胞并在胞内存活及相关信号通路的分子机制，具体为以下六方面的研究：

1. 发现和研究与病原菌侵入及胞内存活相关的宿主细胞因子及分子调控机制：

1）研究一些宿主关键免疫分子对病原菌侵入及胞内存活的调控的分子机制；

2）筛选与病原菌侵入或存活相关的新的宿主细胞因子并研究其功能机制。2. 发现和研究与病原菌侵入及胞内存活相关的病原菌因子及分子调控机制：

1）利用转座子技术筛选和研究与病原菌侵入或存活相关的病原菌致病因子；

2）利用过表达病原菌分泌蛋白组筛选与研究与胞内存活相关的致病因子。

3. 研究非编码RNA-蛋白相互作用调控病原菌侵入及胞内存活的分子机制：

1）大规模发现病原菌和宿主新的非编码RNA；

2）构建非编码RNA-蛋白相互作用网络；

3）研究非编码RNA-蛋白相互作用调控病原菌侵入及胞内存活的分子机制

4. 研究病原-宿主蛋白相互作用调控病原菌侵入及胞内存活的分子机制：

1）筛选和文献挖掘病原菌-宿主相互作用蛋白；

2）构建和分析病原菌-宿主蛋白相互作用网络；

3）进行病原和宿主相互作用蛋白的结构免疫学研究；

4）研究重要的病原菌和宿主相互作用蛋白调控病原菌侵入及胞内存活的分子机制

5. 研究泛素化或类泛素化蛋白等修饰调控病原菌侵入及胞内存活的分子机制；

1）研究一类具有重要免疫调控功能的宿主泛素系统中的关键分子在病原菌侵入及胞内存活过程中的调控作用及其分子机制；

2）探寻与胞内菌在宿主巨噬细胞中的存活相关的新的泛素连接酶，并研究其免疫调控功能和分子机制；

3）发现与宿主泛素及类泛素化系统相关分子相互作用的病原菌蛋白分子，并研究其调控病原菌侵入及胞内存活的分子机制；

4）研究胞内菌中含pupylation修饰的蛋白酶体底物蛋白分子与宿主的泛素及类泛素系统相关分子间的相互作用及其调控病原菌侵入及胞内存活的分子机制；；

5）泛素及类泛素系统关键分子及其相互作用蛋白的结构免疫学研究

6. 研究胞内病原菌干扰宿主免疫细胞的功能及分子机制：

1）检测临床结核杆菌感染病人肺巨噬细胞功能的变化及对信号通路的影响；

2）研究重要差异分子对巨噬细胞功能的影响及调控病原菌侵入及胞内存活的分子机制；

3）检测临床结核菌感染病人CD4+T细胞功能的分化及对信号通路的影响；

4）研究重要差异分子对CD4+T细胞功能的影响及通过CD4+T调控病原菌侵入巨噬细胞及胞内存活的分子机制；

二、预期目标

总体目标

以重要胞内病原菌土拉杆菌，结核杆菌和鼠疫菌为模型，阐明胞内病原菌侵入

宿主细胞的分子调控机制；阐明胞内病原菌在宿主细胞内存活的分子调控机制；阐

明胞内病原菌因子如何与宿主因子相互作用干扰宿主免疫信号通路的分子机制；发

现诊断与治疗病原菌的新靶点，为控制病原菌感染和提高病原菌感染相关疾病的治

愈率奠定基础。同时在病原菌-宿主相互作用的研究领域为我国培养一批优秀人才。

五年预期目标

1.发现和确定一些新的调控病原菌侵入宿主细胞的分子机制；

2.发现和确定一些新的调控病原菌在宿主细胞内存活的分子机制;

3.发现和确定一些病原菌和宿主相互作用中的新的关键信号转导分子；

4.通过培养硕士、博士研究生和博士后，扶植一批在病原菌-宿主相互作用研究

领域具有国际竞争力的优秀中青年科学家，造就一支结构合理的具备攻坚能力的国际先进水平研究队伍。

5.以研究论文和独立开发的技术成果（专利）的形式公布项目研究成果，五年

内SCI论文50篇左右，其中影响因子大于5的学术论文30篇左右，争取在国际高

水平刊物（影响因子大于10）上发表论文4-6篇, 在国际顶尖杂志Cell, Nature

或Science上发表论文，并申报专利3-5项。

三、研究方案

学术思路

病原菌的感染性和致病力是病原菌-宿主免疫系统间相互作用的结果。而胞内病原菌侵入宿主细胞，胞内存活及干扰宿主的免疫信号通路的调控机制极其复杂，提示病原细菌必然通过大量与宿主因子的相互作用来干扰免疫细胞的信号通路，从而侵入细胞并抑制宿主细胞吞噬溶酶体途径、炎症小体的形成、自噬、炎症等过程来实现其在胞内存活。本项目针对国家战略需求，瞄准国际科学前沿和本领域中的关键科学问题，通过发挥我们已有研究工作基础以及各课题组研究队伍的技术特点和优势，在基因水平、蛋白质水平、细胞水平和整体水平上，综合应用分子生物学、分子遗传学、细胞生物学、生物化学、结构免疫学、以及系统生物学等多学科交叉手段，以重要胞内病原菌土拉杆菌，结核杆菌和鼠疫菌为研究对象，系统地筛选鉴定与病原菌侵入细胞，胞内存活相关的病原菌致病因子和宿主因子，并在分子水平上研究病原菌和宿主的功能非编码RNA和蛋白质的相互作用，病原-宿主之间的蛋白的相互作用，及泛素及类泛素化蛋白修饰等如何调控宿主细胞的免疫信号通路从而影响免疫细胞的功能以调控病原菌进入宿主细胞并在胞内存活，及在感染动物水平和临床感染水平上研究这些病原菌因子与宿主因子的相互作用对病原菌的感染性和致病力的调控作用的分子机制（图一），这些研究将不仅能发现其胞内病原菌与宿主互作中的新的作用机制；而且能为诊断和防治传染性病原菌疾病提供新的药物靶点和重要的理论基础。

技术途径及创新性

技术途径

本项目在总体目标的架构下分为六个主要的课题方向（见课题设置），各课题方向的主要技术途径总结如下：

课题一：1）研究分析一些宿主关键免疫分子对胞内病原菌感染的调控的分子机制

利用宿主细胞的一些模式识别受体如TLR2, TLR4, TLR7, TLR9，CARD9, NOD2, NLP3等，及宿主免疫系统中的一些关键受体信号转导分子如SHP-1, SHP-2, IL-17, MKP-5, β-arrestin1, β-arrestin2等基因敲除小鼠分离巨噬细胞来