类鼻疽伯克霍尔德菌BopE抑制Rab32依赖性防御途径以促进其胞内复制和毒力

Burkholderia pseudomallei BopE suppresses the Rab32-dependent defense pathway to promote its intracellular replication and virulence.

作者信息Chenglong Rao, Ziyuan Zhang, Jianpeng Qiao, Dongqi Nan, Pan Wu, Liting Wang, Changhao Yao, Senquan Zheng, Jinzhu Huang, Yaling Liao, Wenzheng Liu, Zhiqiang Hu, Shiwei Wang, Yuan Wen, Jingmin Yan, Xuhu Mao, Qian Li
PMID39431830
期刊mSphere
发布时间2024-11-21
DOI10.1128/msphere.00453-24

实验完整度

包含细胞实验(RAW264.7、HEK293T)、转录组分析、蛋白互作验证(Co-IP、Y2H)、功能性验证(基因敲除与回补)及小鼠体内实验。

主要模型

RAW264.7小鼠巨噬细胞 HEK293T细胞 BALB/c小鼠感染模型 类鼻疽伯克霍尔德菌BPC006菌株

重点核对

Rab32过表达与敲低RAW264.7细胞模型 BopE基因敲除及回补菌株(ΔbopE和ΔbopE/bopE) 小鼠感染剂量4×10^5 CFU,每组12只,观察5天 MOI=10感染多时间点(2,4,8 hpi)检测

摘要

类鼻疽是一种由革兰氏阴性菌类鼻疽伯克霍尔德菌引起的严重传染病。最近,Rab32依赖性免疫囊泡成为限制胞内类鼻疽伯克霍尔德菌的关键防御途径。然而,类鼻疽伯克霍尔德菌可以逃避宿主免疫囊泡并在细胞质中存活,尽管这一机制尚不完全清楚。在本研究中,我们发现Rab32依赖性囊泡能有效对抗类鼻疽伯克霍尔德菌感染,但并非所有胞内类鼻疽伯克霍尔德菌都被包裹在Rab32阳性囊泡中。为了探讨类鼻疽伯克霍尔德菌如何对抗Rab32依赖性防御途径,我们对类鼻疽伯克霍尔德菌进行了转录组分析,以表征感染期间的响应动态。我们发现类鼻疽伯克霍尔德菌的III型分泌系统被激活,多种效应蛋白显著上调。其中,BopE、BprD和BipC被证明与Rab32相互作用。有趣的是,BopE直接与宿主Rab32相互作用,可能通过干扰核苷酸交换来抑制Rab32功能,从而限制Rab32向含菌囊泡的募集。敲除BopE可以增加Rab32阳性囊泡的比例,抑制类鼻疽伯克霍尔德菌的胞内复制和毒力。总之,我们的研究结果表明,BopE可能是类鼻疽伯克霍尔德菌逃避Rab32依赖性杀伤囊泡进入细胞质存活和复制的重要效应因子。因此,更深入地了解BopE与宿主Rab32依赖性限制途径之间的相互作用,可能为消除胞内类鼻疽伯克霍尔德菌提供有效的治疗策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
类鼻疽伯克霍尔德菌如何逃避Rab32依赖性防御途径以实现胞内复制和毒力?
核心机制
BopE通过与Rab32直接相互作用,干扰其核苷酸交换过程,抑制Rab32激活,从而阻止Rab32向含菌囊泡的募集,使细菌逃逸至细胞质。
主要证据
转录组分析显示T3SS-3激活且效应蛋白上调;Co-IP和Y2H证实BopE与Rab32相互作用;体外核苷酸交换实验表明BopE抑制Rab32激活;BopE缺失菌株增加Rab32阳性囊泡比例,降低胞内存活率和小鼠致死率。
研究意义
揭示BopE作为效应蛋白介导病原体逃逸囊泡的分子机制,为类鼻疽治疗提供潜在策略,通过阻断BopE与宿主Rab32相互作用可能消除胞内细菌。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

验证Rab32依赖性防御途径对B. pseudomallei的限制作用

确认Rab32在宿主抵抗B. pseudomallei感染中的作用。

在RAW264.7细胞中过表达或敲低Rab32,感染B. pseudomallei(MOI=10),通过免疫荧光观察共定位,并通过CFU测定细菌胞内载量。

2

转录组分析揭示感染期间T3SS-3激活和效应蛋白上调

鉴定B. pseudomallei在感染过程中可能用于逃避宿主防御的毒力因子。

对体外培养和胞内感染的B. pseudomallei进行RNA-seq,比较差异表达基因,并通过RT-qPCR验证T3SS-3相关基因表达。

3

筛选与Rab32相互作用的T3SS-3效应蛋白

鉴定能与宿主Rab32直接结合的效应蛋白,以解释细菌逃逸机制。

构建Flag标签的效应蛋白表达质粒,与GFP-Rab32共转染HEK293T细胞,进行免疫共沉淀(Co-IP)和酵母双杂交(Y2H)验证,并用共聚焦显微镜观察共定位。

4

验证BopE抑制Rab32激活的机制

确定BopE是否通过干扰核苷酸交换抑制Rab32,并验证其不依赖GEF活性。

体外核苷酸交换实验使用Mant-GDP荧光标记,检测BopE及其突变体对Rab32或Rac1的核苷酸交换影响;通过共定位观察突变体与Rab32的相互作用。

5

评估BopE对胞内存活和毒力的影响

验证BopE在B. pseudomallei逃避Rab32防御和致病性中的功能作用。

构建BopE敲除菌株(ΔbopE)和回补菌株(ΔbopE/bopE),感染RAW264.7细胞检测Rab32阳性囊泡比例和胞内细菌载量;感染BALB/c小鼠观察存活率。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
杜尔贝科改良伊格尔培养基Thermo FisherC11995500BT
胎牛血清Gibco10091148
卡那霉素----
Advanced DNA RNA转染试剂ZETA LIFE--
靶向小鼠Rab32的siRNASanta Cruzsc-152636
LB琼脂----
甲氧苄啶----
聚偏二氟乙烯膜MilliporeIPVH00010
Rab32抗体Proteintech10999-1-AP
Flag标签抗体ZENBIOR24091
GFP标签抗体Biossbsm-33019M
HRP标记的抗兔IgGCST7074S
HRP标记的抗小鼠IgGCST91196S
GAPDH抗体CST8884
DnaK抗体CUSABIOCSB-PA633459HA01EGW
Alexa Fluor 647抗小鼠二抗Thermo FisherA-31571
Alexa Fluor 488抗兔二抗Thermo FisherA-11008
DAPIThermo Fisher62248
抗荧光淬灭封片剂InvitrogenS36967
Triton X-100amresco0694-1L
RIPA裂解液BeyotimeP0013D
RNAprep Pure细胞/细菌RNA提取试剂盒TiangenDP340
TRIzol试剂Invitrogen Life Technologies--
PrimeScript RT试剂盒(含gDNA去除剂)Takara--
SYBR Premix Ex Taq IITakara--
抗Flag M2亲和凝胶Sigma-AldrichA2220
HisTrap FF柱Cytiva17-5255-01
NAP-5柱Cytiva17085301
Mant-GDPJena BioscienceNU-204S
GTPMacklinG810427
Rab32蛋白OrigeneTP502577
Rac1蛋白OrigeneTP527648
pK18mobsacB载体----
T4 DNA连接酶Tiangen Biotech--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细胞培养与感染
细胞系(RAW264.7和HEK293T)、培养基(DMEM+10%FBS)、MOI(10:1)、感染时间(1.5小时)、细胞外细菌清除(使用250μg/mL kanamycin)
阅读提示:见Materials and Methods中'Cell culture and infection'
基因敲低与过表达
siRNA靶序列(NM_026405)、转染试剂(ZETA LIFE)、转染时间(24小时)、NC(无处理)
阅读提示:见Materials and Methods中'Gene silence and overexpression'
细菌存活实验
细胞裂解液(0.1% Triton X-100)、CFU计数(LB琼脂培养36小时)、重复次数(3次)
阅读提示:见Materials and Methods中'Bacterial survival assays'
蛋白互作验证
质粒(pEGFP-Rab32、pcDNA4-Flag-效应蛋白)、共转染时间(24小时)、Co-IP条件(anti-Flag M2亲和凝胶)、Y2H菌株(Y2HGold)
阅读提示:见Materials and Methods中'Co-immunoprecipitation'和'Yeast two-hybrid assay'
核苷酸交换实验
蛋白质浓度(30 μM)、Mant-GDP浓度(20倍过量)、GTP浓度(200 μM)、缓冲液成分(HEPES, NaCl, MgCl2, DTT)、检测波长(激发360nm/发射440nm)
阅读提示:见Materials and Methods中'Nucleotide exchange assay'
动物实验
小鼠品系(BALB/c)、年龄(6-8周)、感染途径(腹腔注射)、剂量(4×10^5 CFU)、每组数量(12只)、观察时间(5天)
阅读提示:见Materials and Methods中'Infection-induced mouse melioidosis model'