tRNA羟基化修饰通过代谢重编程调控铜绿假单胞菌致病性的表观转录组机制研究

本研究针对铜绿假单胞菌( Pseudomonas aeruginosa )的致病机制，揭示了tRNA wobble位点5-羟基尿苷(xo5U)修饰通过调控代谢流重编程影响病原体毒力的新机制。研究人员通过多组学联用技术，发现TrhP/TrhO介导的tRNA羟基化缺失会导致分支酸代谢通路偏移，显著增强吩嗪类毒力因子合成并减弱铁载体产生，最终通过代谢失衡而非蛋白质组改变导致毒力衰减。该研究为理解表观转录组-代谢-致病性三者互作提供了全新视角。

　　

铜绿假单胞菌作为医院获得性感染的主要病原体，其多重耐药性已成为全球公共卫生的重大挑战。传统抗生素研发陷入瓶颈之际，科学家们将目光转向了表观转录组调控这一新兴领域。tRNA上的化学修饰被称为"第二层遗传密码"，其中wobble位点的xo⁵U修饰能显著拓展tRNA的解码能力，但这类修饰如何影响病原体代谢网络和致病性仍是未解之谜。来自德国汉诺威TWINCORE感染研究中心的Yannick N. Frommeyer团队在《Nucleic Acids Research》发表的研究，首次系统揭示了tRNA羟基化修饰通过代谢重编程调控病原体毒力的分子机制。

研究人员采用LC-MS/MS靶向定量、纳米孔tRNA测序(nano-tRNAseq)、核糖体图谱(RiboSeq)和代谢组学等前沿技术。通过CRISPR-Cas9构建系列突变株，结合GC-MS定量代谢物和流式细胞术验证，建立了从分子修饰到表型变化的完整证据链。

酶系统鉴定与修饰定位
研究首先通过同源比对鉴定了铜绿假单胞菌PA14株中TrhP/TrhO双通路羟基化系统。LC-MS/MS分析显示△trhPO双敲除株完全丧失ho⁵U、cmo⁵U和mcmo⁵U修饰，而纳米孔测序揭示tRNA^Ala_UGC和tRNA^Val_UAC等6种tRNA的34位点存在特征性错配信号，证实了xo⁵U修饰的特异性分布。

代谢流重编程现象
令人意外的是，修饰缺失未引起显著的蛋白质组改变，却导致分支酸代谢通路剧烈偏移。GC-MS检测显示突变株中分支酸积累增加2.3倍，下游芳香族氨基酸和绿脓菌素分别升高1.8倍和3.2倍，而铁载体pyoverdine产量下降67%。这种"代谢溢出"效应提示修饰系统具有代谢阀门功能。

毒力衰减机制解析
在感染模型中，△trhPO突变株对蜡螟幼虫的致死率降低60%，上皮细胞毒性下降45%。研究发现这种表型与mexCD-oprJ外排泵异常激活相关，但进一步实验证实代谢重编程本身足以解释毒力变化：当阻断绿脓菌素合成时，即使存在代谢物积累也不会恢复毒力。

翻译调控的微妙影响
核糖体图谱分析发现，虽然NYN家族密码子的翻译效率整体变化不显著，但亮氨酸(CUN)和丝氨酸(UCN)密码子呈现明显解码延迟。通过mCherry-GFP双报告系统验证，这种效应可能通过影响nfxB等调控因子的翻译精度间接发挥作用。

这项研究开创性地建立了tRNA修饰-代谢调控-致病性三者间的因果关系，证明TrhP/TrhO系统通过"代谢分流"而非传统认知的"翻译调控"主导毒力表型。其重要意义在于：①揭示了分支酸代谢节点作为"修饰-代谢"交叉对话的关键枢纽；②提出了tRNA修饰酶可作为代谢阀门的新功能范式；③为针对病原体表观转录组的抗菌策略提供了全新靶点。该发现不仅深化了对细菌适应性机制的理解，也为解决抗生素耐药危机提供了原创性思路。