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Gene expression analysis of two extensively drug-resistant tuberculosis isolates show that two-component response systems enhance drug resistance - 09/05/15

Doi : 10.1016/j.tube.2015.03.008 
Guohua Yu a, 1, Zhenling Cui b, 1, Xian Sun a, Jinfu Peng a, Jun Jiang a, Wei Wu a, Wenhua Huang a, Kaili Chu a, Lu Zhang a, Baoxue Ge b, , Yao Li a,
a State Key Lab of Genetic Engineering, Shanghai Engineering Research Center of Industrial Microorganisms, College of Life Sciences, Fudan University, Shanghai 200433, PR China 
b Shanghai Key Laboratory of Tuberculosis, Shanghai Pulmonary Hospital, Medical School, Tongji University, Shanghai 200433, PR China 

Corresponding authors.

Summary

Global analysis of expression profiles using DNA microarrays was performed between a reference strain H37Rv and two clinical extensively drug-resistant isolates in response to three anti-tuberculosis drug exposures (isoniazid, capreomycin, and rifampicin). A deep analysis was then conducted using a combination of genome sequences of the resistant isolates, resistance information, and related public microarray data. Certain known resistance-associated gene sets were significantly overrepresented in upregulated genes in the resistant isolates relative to that observed in H37Rv, which suggested a link between resistance and expression levels of particular genes. In addition, isoniazid and capreomycin response genes, but not rifampicin, either obtained from published works or our data, were highly consistent with the differentially expressed genes of resistant isolates compared to those of H37Rv, indicating a strong association between drug resistance of the isolates and genes differentially regulated by isoniazid and capreomycin exposures. Based on these results, 92 genes of the studied isolates were identified as candidate resistance genes, 10 of which are known resistance-related genes. Regulatory network analysis of candidate resistance genes using published networks and literature mining showed that three two-component regulatory systems and regulator CRP play significant roles in the resistance of the isolates by mediating the production of essential envelope components. Finally, drug sensitivity testing indicated strong correlations between expression levels of these regulatory genes and sensitivity to multiple anti-tuberculosis drugs in Mycobacterium tuberculosis. These findings may provide novel insights into the mechanism underlying the emergence and development of drug resistance in resistant tuberculosis isolates and useful clues for further studies on this issue.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Drug resistance, Drug response, Extensively drug-resistant isolates, Two-component response systems, Regulatory network analysis


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Vol 95 - N° 3

P. 303-314 - mai 2015 Retour au numéro
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