MiR-25在结核分枝杆菌感染过程中的调控机制研究

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结核病(tuberculosis,TB)主要是由结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis,M.tb)引起的人畜共患传染病。据世界卫生组织(World Health Organization,WHO)全球结核病报告,从1997年起全球每年新增TB患者约1000万,死亡人数约150万,我国仍是结核病重负担的国家之一。卡介苗(Bacille Calmette-Gue’rin,BCG)仍是目前唯一被批准用于预防TB的疫苗。约5%感染M.tb的患者在感染一年半后由潜伏性结核患者(latent TB infection,LTBI)发展为活动性结核患者(active TB,ATB),这是由于M.tb可以通过多种途径逃避宿主的清除,在宿主的免疫细胞中存活甚至增殖。深入解析M.tb在宿主体内的存活机制可以为TB的治疗提供靶标。非编码RNA(noncoding RNA)在M.tb感染过程中发挥着重要的调控作用,目前大量的研究报道microRNA(miRNA)在M.tb与宿主互作过程中的作用,主要集中在M.tb感染晚期,早期差异表达的miRNA以及在感染过程中的功能研究比较少;long noncoding RNA(lncRNA)和circular RNA(circRNA)在M.tb感染过程中的研究相对有限,基于竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)构建的调控网络仍需要进一步的完善。因此,本研究重点探究了M.tb感染早期差异表达miRNA功能机制;并借助高通量测序技术更全面的表征M.tb感染对lncRNA以及circRNA表达谱的影响,提供了lncRNA/circRNA-miRNA-mRNA全局性的调控网络。1.miR-25通过调节NPC1抑制自噬并促进M.tb的存活本研究发现microRNA-25(miR-25)的表达在BCG感染的小鼠肺组织以及BCG或H37Rv菌株感染的THP-1巨噬细胞中显著上调,尤其是在感染的早期阶段。为了探究miR-25对BCG和H37Rv在巨噬细胞内存活的影响,通过瞬时转染以及构建细胞系的方法过表达或抑制miR-25,发现过表达miR-25可以显著提高巨噬细胞中BCG和H37Rv的存活。检测了miR-25对自噬标志蛋白和细胞凋亡的影响,结果表明miR-25通过自噬通路而不是凋亡通路影响BCG的胞内存活。随后,利用网站预测以及双荧光素酶报告系统验证了miR-25靶向位于溶酶体膜上的NPC细胞内胆固醇转运蛋白1(NPC intracellular cholesterol transporter 1,NPC1)。NPC1是溶酶体内完成胆固醇转运的蛋白质之一,NPC1的缺失或突变可以导致溶酶体功能受损抑制自噬溶酶体的形成。在BCG感染的巨噬细胞以及野生型小鼠肺组织中检测到NPC1下调表达。在体内试验中证实:相对于野生型小鼠,miR-25-/-小鼠对BCG感染的敏感性降低。此外,发现缺失了proline-glutamic acid/proline-proline-glutamic acid(PE/PPE)毒力家族基因Rv1759c的H37RvΔ1759c菌株感染巨噬细胞后miR-25的表达没有变化。通过比对H37Rv与H37RvΔ1759c感染后差异表达的mRNA,发现NF-kappa B inhibitorζ(NFKBIZ)在H37RvΔ1759c感染组的表达低于H37Rv感染组。而后证实了在H37Rv感染过程中沉默NFKBIZ可以下调miR-25的表达,增加自噬体和溶酶体的共定位从而减少H37Rv在巨噬细胞内的存活。综上所述,本研究揭示了M.tb感染宿主的过程中Rv1759c可以通过上调NFKBIZ调控NFκB下游miR-25的表达;miR-25负调控NPC1表达并损害溶酶体的功能,从而阻断自噬体向自噬溶酶体的转变增加M.tb存活的新机制,提供了TB感染早期生物标志物和新的TB治疗靶标。2.H37Rv和H37RvΔ1759c感染巨噬细胞后非编码RNA调控网络分析为了构建H37Rv和H37RvΔ1759c感染巨噬细胞后非编码RNA调控网络以及探究Rv1759c对转录谱的影响,本研究收集了H37Rv和H37RvΔ1759c感染的巨噬细胞样本,分析了全转录组表达谱。在H37Rv感染期间,356个mRNAs、12个miRNAs、433个lncRNAs和168个circRNAs的表达发生了显著的改变。在H37RvΔ1759c感染过程中,有99个mRNAs、6个miRNAs、391个lncRNAs和171个circRNAs的表达发生变化。从差异表达基因中筛选出预测与miRNAs相互作用的lncRNAs、circRNAs和mRNAs,并构建了在H37Rv和H37RvΔ1759c感染期间以差异表达miRNAs为中心的lncRNA/circRNA-miRNA-mRNA调控网络。此外,比较了H37Rv和H37RvΔ1759c感染后的差异表达mRNAs,发现Rv1759c的突变下调了CXCL1、CXCL2、CXCL11、CXCL13和CCL26等趋化因子的表达,表明Rv1759c与肉芽肿的形成或免疫细胞迁移之间的紧密联系。综上所述,本研究解析了Rv1759c通过NFKBIZ调控M.tb感染后miR-25的表达,以及miR-25靶向NPC1影响溶酶体功能并经自噬途径增加M.tb存活的新机制;构建了H37Rv和H37RvΔ1759c感染巨噬细胞后非编码RNA调控网络,指出Rv1759c影响M.tb的毒力以及免疫细胞迁移。
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