Ume6蛋白复合物通过连接形态发生、粘附和低氧响应基因塑造白色念珠菌生物膜结构

本研究针对白色念珠菌(Candida albicans)生物膜形成机制这一临床难题，揭示了关键转录因子Ume6通过与Efg1、Ndt80和Upc2形成蛋白复合物，协同调控生物膜相关基因表达的新机制。研究发现Ume6作为分子桥梁，整合了形态发生基因和低氧响应基因的表达调控，为理解真菌生物膜耐药性提供了新视角，对开发抗真菌新策略具有重要意义。

　　

白色念珠菌(Candida albicans)是一种常见的人类共生真菌，也是重要的机会性病原体。当人体免疫力下降或使用医疗植入装置时，这种真菌可能引发严重的侵袭性感染。特别令人担忧的是，白色念珠菌能在医疗设备表面形成生物膜(biofilm)，这种结构不仅增强了真菌的致病性，还使其对抗真菌药物产生顽固耐药性。世界卫生组织已将其列为重点关注的病原体，凸显了解决这一问题的紧迫性。

在白色念珠菌的致病过程中，从酵母形态向菌丝形态的转变至关重要。这一过程由复杂的转录调控网络控制，其中转录因子Ume6因其独特功能备受关注。与大多数调控因子不同，Ume6不参与菌丝形成的起始，但对菌丝延伸和维持至关重要。更引人注目的是，人为过表达UME6基因可以绕过环境信号和其他调控因子的限制，直接驱动菌丝形成和生物膜发育。这种"一锤定音"的能力使Ume6成为理解白色念珠菌致病机制的关键突破口。

尽管已知Ume6在白色念珠菌致病过程中发挥核心作用，但其具体作用机制仍不清楚。Ume6如何选择性地调控靶基因？它与其他已知的生物膜调控因子如何协同工作？这些问题的答案不仅对理解白色念珠菌的致病机理至关重要，也可能为开发新型抗真菌疗法提供思路。正是基于这些未解之谜，Eunsoo Do等研究团队在《Nature Microbiology》上发表了这项开创性研究。

研究人员采用了多种前沿技术方法开展研究。通过RNA测序(RNA-seq)分析不同遗传背景菌株的转录组变化；运用染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)在全基因组范围内鉴定Ume6的结合位点；采用免疫共沉淀(co-IP)验证蛋白质相互作用；结合荧光显微镜观察和定量分析评估生物膜形成能力；利用启动子结合基序分析预测转录因子结合位点；通过构建系列突变体进行功能验证。

Ume6表达靶基因

研究发现Ume6过表达能部分恢复efg1Δ/Δ突变体的菌丝形成和生物膜形成能力。RNA-seq分析显示，在efg1Δ/Δ背景下过表达UME6可上调许多菌丝相关基因的表达，但这些基因的表达水平仍低于野生型。ChIP-seq鉴定出1,206个Ume6结合基因，包括94个菌丝相关基因和多个生物膜主调控因子基因，表明Ume6深度参与生物膜调控网络。

Efg1对Ume6结合的依赖性

全基因组分析发现，虽然Ume6在efg1Δ/Δ突变体中结合较弱，但在野生型和efg1Δ/Δ背景中过表达Ume6时，结合强度相似。然而，有62个基因的Ume6结合和表达在野生型背景下显著更强，这些基因富集了生物膜形成相关功能。

Ume6与多种结合基序的关联

在Ume6结合位点中鉴定出三种基序：5'-ACACAAA-3'(对应Ndt80)、5'-TCGTCT-3'(对应Upc2)和5'-TGCAT-3'(对应Efg1)。这些基序与酿酒酵母Ume6的结合基序5'-GGCGGC-3'不同。

Ume6与Efg1、Ndt80和Upc2的相互作用

免疫共沉淀证实Ume6与Efg1、Ndt80和Upc2在浮游菌丝条件和生物膜条件下都能形成蛋白复合物。这种相互作用不依赖于Ume6的朊病毒样结构域(PrLD)，而是需要其C端区域。

Ume6C端区域在蛋白复合物形成中的作用

研究发现Ume6的C端区域(包含DNA结合域)对与伴侣转录因子的相互作用是必要且充分的。有趣的是，破坏DNA结合能力的R772A突变仍能形成蛋白复合物，但不能结合DNA或恢复生物膜形成。

伴侣转录因子对Ume6基因调控的影响

在efg1Δ/Δ、ndt80Δ/Δ和upc2Δ/Δ突变体中过表达UME6时，生物膜形成能力受损。ChIP-qPCR显示Efg1缺失显著降低Ume6在HWP1和HYR1等菌丝相关基因启动子的结合，Ndt80缺失影响ECE1和HGC1启动子结合，而Upc2缺失则影响ERG251等代谢基因启动子的Ume6结合。

这项研究揭示了Ume6作为分子桥梁的创新机制，它通过与不同转录因子形成复合物，整合了白色念珠菌形态发生和低氧适应的调控网络。Ume6的"搭便车"模式解释了其强大的调控能力——通过结合Efg1、Ndt80或Upc2，它能针对性地激活不同功能类别的靶基因。这一发现不仅深化了对白色念珠菌致病机理的理解，也为开发针对生物膜形成过程的抗真菌策略提供了新思路。特别值得注意的是，Ume6与低氧响应调控因子Upc2的相互作用，为理解生物膜内部低氧微环境下的真菌适应性提供了分子基础。该研究建立的调控模型可能也适用于其他致病性念珠菌，具有广泛的生物学意义和潜在的临床应用价值。