SlyA 在鼠伤寒沙门氏菌中通过一种新型结合基序直接抑制 yhcN:对运动性调控的意义

《Microbiological Research》:SlyA directly represses yhcN via a novel binding motif in Salmonella Typhimurium: Implications for motility control

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月03日 来源:Microbiological Research 8.5

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   摘要鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella Typhimurium)是全球流行的食源性致病菌。MarR 家族转录调节因子 SlyA 作为基因表达的全局调节剂,但其具体的下游效应因子仍定义不清。RNA-seq 分析鉴定出 211 个受 SlyA 显著调节的基因。值得注意的是,表现

  

摘要

鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella Typhimurium)是全球流行的食源性致病菌。MarR 家族转录调节因子 SlyA 作为基因表达的全局调节剂,但其具体的下游效应因子仍定义不清。RNA-seq 分析鉴定出 211 个受 SlyA 显著调节的基因。值得注意的是,表现出最显著差异表达的 yhcN 基因被发现包含一个新颖的 SlyA 结合基序(TTAAAAAGCAGAAACAAT),该基序经凝胶迁移速率实验(EMSA)验证。结构分析支持一种“保守支架,可变界面”模型,其中域间环可塑性使 SlyA 能够容纳非典型启动子结构。功能验证证实 SlyA 直接抑制 yhcN 转录。遗传上位性分析揭示,slyA 缺失增强了细菌游动运动性,而 yhcN 缺失则减弱了运动性;重要的是,ΔslyAΔyhcN 双突变体将运动性恢复至野生型水平,且用各自野生型等位基因互补任一单突变体均能挽救该表型。这些发现确立了一个线性调节级联,即 SlyA 通过抑制 yhcN 来调节游动运动性,扩展了已知的 SlyA 调节网络,并为理解细菌适应机制提供了基础。

引言

沙门氏菌(Salmonella)是一种重要的胞内病原体,在人类和动物中引起胃肠炎和危及生命的全身性疾病(Fabrega and Vila, 2013)。肠炎沙门氏菌鼠伤寒血清型(Salmonella enterica serovar Typhimurium,即 鼠伤寒沙门氏菌)是自然界中分布最广的 沙门氏菌 物种之一,每年在全球引起超过 9380 万例病例,导致约 155,000 人死亡(Dos Santos et al., 2019, Li, 2022)。鼠伤寒沙门氏菌 能够在胃部的高酸环境中生存,并沿宿主胃肠道传播,最终成功到达小肠,附着并侵入肠上皮细胞(IECs)(Rehman et al., 2019)。鼠伤寒沙门氏菌 通过其主要毒力机制致病,即两套 III 型分泌系统(T3SS),分别由 沙门氏菌 致病岛 1(SPI-1)编码的 T3SS-1 和由 SPI-2 编码的 T3SS-2 组成(Xiong et al., 2023)。然而,控制这些毒力决定因子表达的复杂调节网络仍有待完全阐明。
在 鼠伤寒沙门氏菌 中,SlyA 已被鉴定为细菌毒力的关键调节因子,主要影响 SPI-2 系统(Libby et al., 1994, Linehan et al., 2005)。它作为一个中间体,启动各种双组分系统的表达,包括 PhoP/PhoQ、EnvZ/OmpR 和 SpiR/SsrB(Perez-Morales et al., 2021, Song et al., 2008)。SlyA 是细菌 MarR 超家族转录因子的一员(Wilkinson and Grove, 2006)。在 体外 条件下,SlyA 形成一个活性二聚体,包含一个具有带翼螺旋 - 转角 - 螺旋结构的 DNA 结合域和一个二聚化域(Okada et al., 2007, Stapleton et al., 2002)。SlyA 识别 ugtL、pagC、mig-14 和 ssrA 启动子中的短(12-17 bp)富 AT 回文序列(Dolan et al., 2011, Navarre et al., 2005, Shi et al., 2004)。此外,它结合其自身启动子区域的一个 12 bp 回文序列(TTAGCAAGCTAA)以抑制其基因表达(Stapleton et al., 2002)。尽管有了这些见解,沙门氏菌 中 SlyA 的直接靶点仍未被完全理解。此外,SlyA 是否在既定的富含腺嘌呤和胸腺嘧啶的共识序列之外表现出非标准结合模式,目前尚不清楚,这一问题值得进一步调查。
有趣的是,yhcN 基因已成为该调节网络中的一个潜在联系。yhcN 是各种病原体中保守的压力反应蛋白,主要参与适应氧化应激和酸性环境(Lee et al., 2010, Vadyvaloo et al., 2015)。值得注意的是,Wei 等人报道了在 鼠疫耶尔森菌(Yersinia pestis)中,slyA 缺失导致 yhcN 转录显著上调,表明存在一种保守的调节关系(Wei et al., 2026)。然而,在 鼠伤寒沙门氏菌 中,yhcN 仅被注释为推测外膜蛋白,其生物学功能完全未知。鉴于 鼠伤寒沙门氏菌 必须快速调整其基因表达谱以在宿主压力下生存,了解 SlyA 是否以及如何直接调节 yhcN 对于破译病原体的适应策略至关重要。
在本研究中,我们旨在鉴定 SlyA 的直接转录靶点并阐明它们对 鼠伤寒沙门氏菌 生理功能的贡献。RNA-seq 鉴定出 211 个差异表达基因,从中选择了 22 个候选基因进行 EMSA 验证。SlyA 直接结合 11 个靶点,其中 yhcN 表现出最大的变化倍数,并携带一个新颖的非典型结合基序(TTAAAAAGCAGAAACAAT)。结构分析揭示,SlyA 通过“保守支架,可变界面”机制容纳该基序。β-半乳糖苷酶实验证实 SlyA 直接抑制 yhcN。对单突变体和双缺失突变体的遗传分析显示,ΔslyA 增强了游动运动性,而 ΔyhcN 减弱了运动性;值得注意的是,ΔslyAΔyhcN 双突变体将运动性恢复至野生型(WT)水平,且互补挽救了两种表型。这些发现将 yhcN 定位为 SlyA 调节网络中的关键下游效应因子,并确立了一个线性级联,即 SlyA 介导的 yhcN 抑制调节细菌游动运动性。

章节片段

菌株和质粒

鼠伤寒沙门氏菌 LT2(WT)保存于中国典型培养物保藏中心(CGMCC)。ΔslyA、ΔyhcN 和 ΔslyAΔyhcN 突变体由本研究构建。所有菌株均在 Luria Broth(LB)培养基中培养。本研究使用的菌株和质粒列于表 1。

缺失突变体的构建

缺失突变体(ΔslyA、ΔyhcN 和 ΔslyAΔyhcN)使用质粒 pKD46、pKD4 和 pCP20 通过 λ?Red 重组系统在 鼠伤寒沙门氏菌 中构建。简而言之,卡那霉素

鼠伤寒沙门氏菌中 SlyA 作用的 RNA-Seq 分析

为了研究 鼠伤寒沙门氏菌 中 SlyA 的调节网络,我们进行了转录组分析。RNA-Seq 成功鉴定出 89 个上调基因和 122 个下调基因(|log2FoldChange| ≥ 1.5)(图 1A)。为了探索 slyA 对 鼠伤寒沙门氏菌 信号通路的影响,我们对差异基因进行了京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析(图 1B)。总共富集了 41 条途径,其中 6 条途径是最

讨论

鼠伤寒沙门氏菌 仍然是全球食源性疾病的主要原因(Lu et al., 2025)。其毒力依赖于复杂的调节网络,其中 MarR 家族蛋白 SlyA 作为关键调节剂。虽然 SlyA 已被确认为巨噬细胞内生存所必需,但其直接靶点的广度及其 DNA 识别的可塑性仍未被完全定义。在此,我们绘制了 鼠伤寒沙门氏菌 中的 SlyA 调控子,鉴定 yhcN 为一个新型直接靶点

CRediT 作者贡献声明

洪飞凡:写作 - 初稿。娟安陆:写作 - 初稿,软件,方法论,数据整理。浩吴:写作 - 审阅与编辑,方法论,形式分析。海花阮:写作 - 审阅与编辑,构思。建军乔:写作 - 审阅与编辑,验证,资金获取。明章文:监督,构思。月张:形式分析,数据整理。林元:软件。志云刘:可视化,软件。

竞争利益声明

作者声明无竞争利益。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划(编号:2020YFA0906800, 2020YFA0907904)的支持。

作者贡献

HR 和 JL 构思并设计了实验。JL 和 HF 起草了手稿。JL 和 HF 进行了实验。JL 和 ZL 使用软件绘图。LY 和 YZ 收集并分析了数据。HW、MW、HR 和 JQ 参与了研究设计、技术指导和协调。所有作者均对文章做出了贡献并批准了提交版本。
Juane Lu|Hongfei Fan|Zhiyun Liu|Lin Yuan|Yue Zhang|Mingzhang Wen|Jianjun Qiao|Haihua Ruan|Hao Wu
合成生物学与生物制造学院,天津大学,中国天津 300354
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