沙门氏菌毒力因子SopB挟持宿主细胞中间丝促进细菌复制

　　无肌间刺鱼突变体种质的创制是近年来鱼类遗传育种学研究的热点。异育银鲫以其肉质细嫩鲜美深受消费者青睐，但其体内具有的80多根细小的肌间刺给食用者带来了不少麻烦。近两年来，中国科学院院士、中科院水生生物研究所研究员桂建芳团队经全基因组解析揭示银鲫为双三倍体，即包含有两套三倍体基因组，由此开拓完善了在双三倍体银鲫和双二倍体金鱼中通过基因编辑快速创制关键基因突变体的方法。

　　基于这些突破，该团队创建了多倍体鱼类精准育种技术，并与已在斑马鱼中鉴定出runx2b为肌间刺主效基因的华中农业大学教授高泽霞合作，在双三倍体银鲫中创制出无肌间刺突变体的新种质。近日，相关研究成果以Creation of intermuscular bone-free mutants in amphitriploid gibel carp by editing two duplicated runx2b homeologs为题在线发表于Aquaculture。

　　研究人员发现双三倍体银鲫runx2b具有两个部分同源基因（Cgrunx2b-A和Cgrunx2b-B），且每个部分同源基因具有3个序列高度一致的等位基因。他们追踪了肌间刺的骨化过程，发现肌间刺在孵化后14天左右开始从鱼体的尾部朝头部骨化，单独敲除CgRunx2b-A或CgRunx2b-B不影响银鲫肌间刺发育，但同时敲除CgRunx2b-A和CgRunx2b-B的所有等位基因会导致肌间刺完全缺失。通过上述研究，研究获得了291尾完全缺失肌间刺的银鲫突变体。

　　该研究揭示了CgRunx2b-A和CgRunx2b-B协同调节银鲫肌间刺发育。创制的银鲫无肌间刺突变体和少肌间刺突变体（图1）为培育无肌间刺异育银鲫新品系奠定了基础。下一步，研究人员将通过雌核生殖建立银鲫无肌间刺克隆系，并在相同饲养条件下，与异育银鲫主养品种进行生长等经济性状评价。

　　近日，中国科学院上海巴斯德研究所酒亚明课题组在《自然-通讯》（Nature Communications）上，发表了题为Salmonella effector SopB reorganizes cytoskeletal vimentin to maintain replication vacuoles for efficient infection的研究论文。该研究利用多种显微成像、组学分析和高通量药物筛选等技术，首次阐述了沙门氏菌利用宿主细胞的中间丝vimentin保护其用于增殖的复制泡，进而促进细菌感染的功能和分子机理。该工作筛选并在细胞和动物水平鉴定出临床小分子药物可通过调控vimentin的动态重构抑制沙门氏菌感染。

　　腹泻病是常见的胃肠道疾病。沙门氏菌（Salmonella）作为常见的人畜共患病原菌，是导致腹泻病的常见的致病菌之一。随着抗生素滥用，沙门氏菌的耐药现象日益严重，同时，随着时间推移，其耐药率正在大幅上升，耐药谱也在不断增宽。近期研究发现沙门氏菌中出现多达36处突变基因，对头孢霉素、青霉素、四环素等14种抗生素产生不同程度的耐药性。由传统抗生素构建的抗菌防线正面临失效的可能，这将给全球养殖业和人类健康带来威胁。因此，从宿主细胞的角度研究其对细菌感染的调控机制，以宿主细胞蛋白为新的抗感染靶点，将为沙门氏菌特别是耐药株感染的临床治疗和药物研发提供新的思路和线索。

　　Vimentin作为重要的细胞骨架中间丝蛋白，在不同种属间具有高度保守性。在正常生理状态下，vimentin对维持细胞完整性具有重要作用。而在不同病理状态下，vimentin显现出复杂的生物学功能，不仅参与细胞形变、运动和细胞器锚定等，而且在肿瘤侵袭转移、病原体感染、自身免疫及创伤过程中发挥重要功能，特别是在病原体感染过程中的作用近年来备受重视。

　　Vimentin在多种病原体感染过程中扮演重要角色。酒亚明课题组围绕vimentin对病原感染的动态应答及其在感染过程中的调控功能发表了系列工作：发现vimentin在寨卡病毒感染中发挥物理空间支撑与生物功能调控的双重作用（Zhang et al., PNAS 2022）；回顾性提炼vimentin在不同病毒的入侵、转运、复制、组装和释放等不同环节中发挥关键功能的规律（Zhang et al., Journal of Cell Science 2020）；总结不同表达形式的vimentin参与细菌感染，包括介导细菌入侵和转移、调控细菌感染的免疫反应等（Miao et al., Journal of Cell Science 2023）；发现vimentin通过影响细胞的迁移模式调控迁移体的生成过程（Fan et al., Journal of Cell Biology 2022）。

　　以此为基础，本研究利用共聚焦显微镜、活细胞实时观察、三维重建等生物成像和分析技术，观察到沙门氏菌的感染诱导宿主细胞骨架中间丝蛋白vimentin聚集在沙门氏菌复制场所——含沙门氏菌复制泡（Salmonella-containing vacuole，SCV）周围；缺失vimentin使SCV分散在胞质中，且沙门氏菌在宿主细胞中的复制受到明显抑制；回补vimentin后SCV的形态及沙门氏菌的复制均得到恢复。这表明重构的vimentin通过维持SCV形态促进了沙门氏菌的复制。那么，沙门氏菌是如何诱导宿主蛋白vimentin的重构？

　　利用免疫共沉淀联合质谱分析，研究发现沙门氏菌的三型分泌系统（Type III Secretion System，T3SS）效应蛋白SopB与vimentin相互作用且诱导其发生重构。进一步，研究表明，SopB N端的Cdc42结合功能域通过结合并激活Cdc42，诱导vimentin的重构，进而促进沙门氏菌的复制。同时，基于高内涵成像系统的高通量药物筛选以及蛋白活性检测结果表明，沙门氏菌效应蛋白SopB激活MEK1/2进而诱导vimentin重构。进一步的上下游实验结果表明，沙门氏菌利用SopB-Cdc42-MEK1/2这一信号轴诱导vimentin重构进而促进细菌在宿主细胞中复制（图1）。更重要的是，研究发现通过高通量药物筛选得到的小分子临床药物不论是在细胞水平还是动物体内，均具有显著的抗沙门氏菌感染作用（图1）。

　　本研究揭示了沙门氏菌复制的决定性机制以及细菌和宿主细胞骨架之间新的相互作用机制，为沙门氏菌特别是耐药株感染的临床治疗和药物研发提供了新的思路和线索。广州市妇女儿童医疗中心、同济大学的科研人员参与研究。

沙门氏菌利用SopB-Cdc42-MEK1/2信号轴诱导vimentin重构进而促进细菌在宿主细胞中复制，高通量药物筛选得到的小分子药物具有显著的体内、外抗沙门氏菌感染作用。

　　该研究得到中科院战略性先导科技专项、国家重点研发计划项目、湖北洪山实验室、中科院特别研究助理资助项目等的支持。