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结核病每年导致全球约150万人死亡，是威胁人类健康的重大传染病。耐药是导致结核病治疗失败的主要危险因素。常见临床病原菌的耐药性主要通过基因水平转移、基因组重排及基因组突变形成。目前，临床上观察到的耐药结核均由基因组突变导致，提示结核菌基因组突变形成能力是影响其耐药性产生的主要因素。基因组复制错误是突变产生的主要机理。
复制校正功能(proofreading)是更正DNA聚合酶产生的碱基错配的关键机制，能够将突变频率降低100-1000倍。在细菌中已经发现了两种复制校正机制，分别通过DNA聚合酶III的PHP结构域和复制酶的DnaQ亚基执行。前期研究发现PHP结构域在结核菌中执行复制校正功能，同时结核菌也编码了一个非经典DnaQ基因。
2024年8月14日(当地时间)，复旦大学基础医学院吕亮东课题组联合哈佛大学公共卫生学院Sarah M. Fortune课题组，于期刊PNAS发表题为“An additional proofreader contributes to DNA replication fidelity in mycobacteria”的论文。该研究发现DnaQ是结核菌的第二个校正亚基，并发现临床结核菌中存在的DnaQ变异能够加速耐药性形成。
研究发现结核菌DnaQ主要参与修复能够导致DNA链结构发现剧烈变化的碱基错配，从而防止DNA复制叉崩溃(fork collapse)。生化方面，结核菌DnaQ定位于DNA复制酶复合体，与DnaN亚基存在直接互作；其BRCT结构域是DnaQ发挥抗突变功能的关键结构域、可能与DnaE1亚基存在互作。通过分析全球已测序的51229株临床结核菌的基因组序列，研究者发现dnaQ基因在L4.3亚型结核菌中受到正选择，其中携带DnaQ V88A变异的菌株占比为16.5%。
图1. 分枝杆菌基因组复制校正机制及DnaQ功能。
进一步研究发现，DnaQ V88A变异导致结核菌基因组突变速率提高6倍。临床数据显示，携带DnaQ V88A的结核菌，其基因组含有更多的耐药突变数目及二线药物耐药突变，提示与泛耐药性(XDR)的形成有关。因此，DnaQ V88A变异有望成为结核菌耐药预警的病原学标识。
复旦大学基础医学院研究生邓茗芝、哈佛大学公共卫生学院博士后柳清云(现为北卡罗来纳大学教堂山分校助理教授)为论文共同第一作者，复旦大学基础医学院吕亮东为该研究的通讯作者。该研究得到哈佛大学公共卫生学院Sarah M. Fortune教授、复旦大学生科院赵国屏教授及上海市肺科医院沙巍教授的大力支持。
注：文中插图源于 PNAS
原文链接：
https://doi.org/10.1073/pnas.2322938121
来 源 复旦大学基础医学院
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