川大华西医院苏昭铭研究员团队在Cell Research发文：首次揭示了全长RsmZ结合RsmA调控铜绿假单胞菌毒力的分子机制

　　

近日，我院生物治疗国家重点实验室苏昭铭研究员团队，联合成都大学抗生素研究与再评价四川省重点实验室赵克雷研究员团队在Cell Research（IF：46.351）杂志在线发表了题为“Structural basis of sRNA RsmZ regulation of Pseudomonas aeruginosa virulence”的研究论文。该研究采用单颗粒冷冻电镜技术首次解析了全长RsmZ结合RsmA的结构并揭示其调控铜绿假单胞菌毒力的分子机制。

铜绿假单胞菌是一种广泛存在的机会性致病菌，常在住院患者中引起院内感染，其致死率高、耐药性强。依赖于Ⅵ型分泌系统（T6SS）和生物膜（biofilm）所形成的慢性感染使得铜绿假单胞菌具有慢性感染的特点，并且具有耐药性，难以被药物清除。同时，基于细菌细胞密度的通信网络——群体感应(quorum sensing, QS)也可以调节许多急性和慢性毒力相关的基因表达。前期研究表明，铜绿假单胞菌中次生代谢物阻遏(the repressor of secondary metabolites, Rsm)系统中的全局调控蛋白RsmA主要通过转录和转录后调控来影响各种毒力因子的表达。

非编码小RNA (non-coding small RNA, sRNA) RsmZ可以结合RsmA蛋白，阻断RsmA与其下游mRNA的结合，从而促进铜绿假单胞菌毒力因子表达。虽然前期结构功能研究揭示了假单胞菌属Rsm家族同源二聚蛋白如何识别两个独立茎环(SL)结构上的“GGA”结合位点，并运用核磁共振(NMR)和电子顺磁共振(EPR)预测了荧光假单胞菌中RsmE与截短RsmZ在溶液中结合的两种构象，但是全长RsmZ的结构及其通过结合RsmA调控病原菌毒力的分子机制仍然未知。

该研究通过冷冻电镜结构鉴定了三个“夹子”状RsmA结合位点；运用突变和回补实验发现了结合位点茎环结构的互补配对对RsmZ结合RsmA至关重要；并通过构建RsmY/Z敲除菌株并回补野生型和不同突变型的RsmZ，验证了RsmZ通过形成复杂三维结构结合RsmA来调控包括生物膜形成、T6SS、QS等细菌毒力相关因子的表达，并影响下游生物膜、绿农菌素生成等相关表型（图1）。因此该研究为以铜绿假单胞菌sRNA RsmZ为新型RNA靶点开发靶向RNA药物来对抗细菌耐药性提供了结构生物学基础。

图1.（a-b）：全长RsmZ结合RsmA二聚体复合物冷冻电镜结构示意图；

（c）：野生型以及各种突变体RsmZ对于铜绿假单胞菌中毒力相关基因表达调控。

我院博士生贾新宇、博士生潘志凌，四川大学生命科学学院博士生袁阳为本文共同第一作者；我院苏昭铭研究员和成都大学赵克雷研究员为共同通讯作者。四川大学华西生物治疗国重冷冻电镜平台及杜宇高性能计算中心完成了本项目的数据收集和处理工作。该研究工作得到国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金项目、四川大学引进人才启动经费、四川大学华西医院1·3·5计划项目等经费支持。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41422-023-00786-3