中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)與醫學(xué)部孫寶林教授課題組揭示了金黃色葡萄球菌一氧化氮合成酶NOS及其內源產(chǎn)生的NO通過(guò)介導靶蛋白的S-亞硝基化修飾以調控萬(wàn)古霉素耐藥性發(fā)生的具體分子機制。研究成果以“Transcription tuned by S-nitrosylation underlies a mechanism forStaphylococcus aureusto circumvent vancomycin killing”為題于4月21日在線(xiàn)發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。
金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是人類(lèi)主要致病細菌，由甲氧西林耐藥性金黃色葡萄球菌（methicillin-resistantS. aureus，MRSA）引發(fā)的感染正嚴重威脅公共健康安全。萬(wàn)古霉素被認為是臨床上治療嚴重MRSA感染的最后一道防線(xiàn)，但是，其中度耐藥性金黃色葡萄球菌（vancomycin-intermediateS. aureus，VISA）的頻繁出現，為MRSA的感染治療帶來(lái)了巨大挑戰。因此，深入解析金黃色葡萄球菌萬(wàn)古霉素耐藥機制具有重要的臨床意義。一氧化氮（nitric oxide，NO）可作為信號分子，首先在真核生物中被發(fā)現可由一氧化氮合成酶（nitric oxide synthase，NOS）內源產(chǎn)生，參與調節各種生理及免疫功能。NO被報道能對蛋白質(zhì)半胱氨酸殘基的巰基進(jìn)行S-亞硝基化修飾，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的活性和功能。金黃色葡萄球菌中也被證實(shí)存在可以催化產(chǎn)生NO的NOS，該酶被報道參與調控金黃色葡萄球菌的萬(wàn)古霉素耐藥性，但相關(guān)分子機制尚不明確。
圖1. NOS通過(guò)S-亞硝基化修飾介導萬(wàn)古霉素耐藥性的分子機制。當存在內源NO時(shí)，MgrA和WalR發(fā)生S-亞硝基化修飾（SNO），促進(jìn)對自溶相關(guān)靶基因的負調控功能，導致細胞的自溶活性下降，介導細胞壁厚度增加，進(jìn)而促進(jìn)金黃色葡萄球菌的萬(wàn)古霉素耐藥性。
研究人員在臨床VISA菌株XN108中，通過(guò)構建NOS突變菌株以及外源添加NOS抑制劑，證實(shí)了金黃色葡萄球菌NOS在萬(wàn)古霉素等細胞壁靶向抗生素抗性發(fā)生過(guò)程中的重要作用。接下來(lái)，利用蛋白質(zhì)修飾組學(xué)的方法鑒定了金黃色葡萄球菌中可被內源NO亞硝基化修飾的靶標蛋白及相應位點(diǎn)。一個(gè)與抗生素抗性具有重要關(guān)聯(lián)的轉錄因子MgrA上第12位的半胱氨酸發(fā)生了S-亞硝基化修飾，通過(guò)將半胱氨酸替換為不能被修飾的絲氨酸構建了mgrAC12S點(diǎn)突變菌株，發(fā)現NOS突變菌株類(lèi)似，mgrAC12S突變菌株對萬(wàn)古霉素的抗性顯著(zhù)下降、細胞壁厚度顯著(zhù)下降以及細胞自溶活性增加。通過(guò)實(shí)時(shí)熒光定量PCR、凝膠阻滯遷移實(shí)驗、染色質(zhì)免疫共沉淀實(shí)驗等方法，揭示了金黃色葡萄球菌NOS及其內源產(chǎn)生的NO在促進(jìn)萬(wàn)古霉素抗性中的作用機制（圖1）：NOS來(lái)源的NO通過(guò)介導MgrA發(fā)生S-亞硝基化修飾，促進(jìn)MgrA對自溶相關(guān)靶基因的負調控功能，導致細胞的自溶活性下降，介導細胞壁厚度增加，進(jìn)而促進(jìn)金黃色葡萄球菌的萬(wàn)古霉素耐藥性。這種由NO介導的調控機制在另一個(gè)被鑒定到可發(fā)生S-亞硝基化修飾的轉錄因子WalR中得到了進(jìn)一步的驗證，表明金黃色葡萄球菌NOS內源產(chǎn)生的NO通過(guò)S-亞硝基化修飾介導的轉錄調控機制在細菌中可能具有普遍性。本研究有望為臨床治療VISA及其他細菌病原體的感染提供新的思路與策略。
本論文第一作者為孫寶林教授課題組的博士研究生舒雪琴，通訊作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)孫寶林教授和北京兒童醫院的于丹副研究員。該工作得到了科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專(zhuān)項基金等項目的資助。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37949-0
（生命科學(xué)與醫學(xué)部、科研部）
