RNA-seq+ChIP-seq联合分析揭露真菌生物被膜调控机制：RNA-seq+ChIP-seq联合分

原标题：RNA-seq+ChIP-seq联合分析揭露真菌生物被膜调控机制

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发表期刊：mBio
影响因子：6.8
文章题目：TheTranscriptionFactorSomASynchronouslyRegulatesBiofilmFormationandCellWallHomeostasisinAspergillusfumigatus
技术手段：RNA-Seq、ChIP-Seq
派森诺生物与南京师范大学携手合作，于近期在mBio上发表了烟曲霉生物被膜调控机制的研究成果。
研究背景
生物被膜（Biofilm）是嵌在聚合物细胞外基质中的表面相关微生物的有组织的群落。它们是自然界和人类感染过程中常见的微生物生长形式。有证据表明，病原真菌在感染过程中产生生物被膜极大程度上增强了其耐药性，同时有助于病原菌逃避宿主免疫细胞的识别和杀伤。因此生物被膜被认为是导致病原微生物产生耐药性及慢性感染性疾病难以治愈的重要原因之一。
烟曲霉是一种常见的致病真菌，其感染宿主的一种策略是在肺组织内产生生物被膜。近年来的研究证实了胞外多糖半乳糖胺半乳糖聚糖（GAG）在烟曲霉生物被膜形成中的关键作用，而GAG的生物合成又受到转录因子SomA调控；也有研究表明GAG和其他细胞壁多糖生物合成途径之间存在联系。然而目前为止， SomA-GAG-生物被膜-细胞壁之间的生物学关系尚未有定论。
基于此，本实验利用RNA-seq和ChIP-seq进行生物学分析，旨在寻找SomA调节烟曲霉生物被膜形成和细胞壁稳态的生物学机制。
实验方法
由于SomA缺失的烟曲霉无法产生分生孢子，因此构建了一株Tet-somA菌株，将其启动子区替换为可诱导的Tet-On系统，在培养基中加入强力霉素后，可以有条件地表达SomA ，在下文中以Tet-somA（ON）和Tet-somA（OFF）表示。对Tet-somA（ON）和Tet-somA（OFF）的烟曲霉做细胞壁压力处理（即加入CFW），并以正常处理作为对照组，进行RNA-seq与ChIP-seq 。
研究结果
1、细胞壁压力促进GAG介导的生物被膜形成
用4种细胞壁应激源（CFW、CR、SDS和caspofungin）处理野生烟曲霉以测试细胞壁压力对其生物被膜形成的影响。在高浓度下，四种药剂均抑制烟曲霉的生长。然而,在低浓度下， CFW、CR和caspofungin导致生物被膜的形成增加（图1A-D），说明细胞壁压力可促进生物被膜形成。

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图1细胞壁压力促进了GAG介导的曲霉生物膜的形成
2、SomA介导细胞壁压力导致的生物被膜的形成
正常情况下， ΔmedA、ΔstuA、ΔptaB、和Tet-somA（OFF）菌株在表现出严重的生物膜形成缺陷（图2A和B）。暴露于12.8μg/ml的CFW显著增强ΔstuA和ΔptaB的生物膜生产（图2A）,但对由ΔmedA和Tet-somA（OFF）突变无影响（图2A和B）。这些发现表明，细胞壁压力诱导的生物膜的形成依赖于SomA和MedA 。
此外，当暴露于CFW时，在Tet-somA（ON）菌株中， GAG生物合成簇上的5个基因中的4个上调表达（图2D），而Tet-somA（OFF）突变体中，只观察到2个相关基因表达量略微上升（图2D）。这些数据表明，在正常和细胞壁应力条件下， SomA是GAG产生的关键调节器。
【RNA-seq+ChIP-seq联合分析揭露真菌生物被膜调控机制】

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图2SomA介导细胞壁压力诱导的生物膜形成
3、SomA可全面调节葡萄糖的摄取、利用以及氨基糖和核苷酸糖的代谢
对Tet-somA菌株在正常生长和细胞壁压力（CFW处理）条件下进行RNA-seq ，结果表明，正常生长的TetsomA（OFF）菌株中，有873个基因表达上调， 1432个基因表达下调；而在CFW的处理下， Tet-somA（OFF）菌株中有921个基因表达上调， 1679个基因表达下调。
进一步对差异基因进行KEGG富集分析（图3A-D），发现在正常生长和CFW处理作用下，与SomA表达直接相关的下调转录本的丰度在氨基酸糖和核苷酸糖代谢功能基因中显著富集，反之，上调转录本则多富集于酪氨酸代谢和糖酵解/糖异生通路。这些发现表明SomA在控制碳通量和多糖合成前体的生产中起着关键作用。
此外， ChIP-Seq与RNA-Seq联合分析表明，许多依赖于SomA的基因可能间接地受其调控（图3E和F），而从ChIP结果的直接靶点中鉴定到两个与葡萄糖摄取和利用相关的基因，在正常和细胞壁压力条件下，与Tet-somA（ON）菌株相比， Tet-somA（OFF）菌株中这两个基因的表达均显著降低（图3G）。
综上这些数据可说明， SomA可以全面调节葡萄糖的摄取、利用以及氨基糖和核苷酸糖的代谢。