온도변화에 의한 패혈증 비브리오균의 Aerobactin수용체 유전자 뱔현 조절

Abstract

Vibrio vulnificus acquires iron as an essential element via multiple iron uptake systems (IUSs), which are the well-known virulence factors. Of them, the aerobactin receptor (IutA)-mediated IUS plays an important role in siderophore piracy. The ferric iron regulator (Fur) or iron-regulated iutA expression is also controlled by cyclic AMP-receptor protein (CRP) and the LuxS-mediated quorum sensing system (a master regulator SmcR). Upon entering the human body, Vibrio vulnificus, a marine bacterium, must withstand temperature change from 25oC to 37oC (TC). In this study, the author examined the effect of TC on iutA, crp and smcR expressions and the effect of CRP or SmcR on the TC-mediated change of iutA expression in an iron-limited condition to determine whether TC is a signal for iutA expression. The LacZ-fused transcription reporter assay were used for determining gene transcription levels and Western blot for comparing protein levels. Iron limitation increased iutA expression, along with inhibiting V. vulnificus growth. In an iron-sufficient condition, iutA expression was repressed and the repression was de-repressed by a fur mutation. The presence of aerobactin induced iutA exression at higher levels in an iron-limited condition. A crp mutation severely decreased iutA expression but a smcR mutation did not in an iron-limited condition. TC increased iutA, crp and smcR expressions along with stimulating V. vulnificus growth in an iron-limited condition. Moreover, TC induced iutA expression even in the absence of CRP or SmcR. These results indicate that TC acts as a signal for iutA expression as well as crp and smcR expressions, and that CRP or SmcR is not essential for the TC-mediated change of iutA expression.|패혈증 비브리오균은 필수 영양요소인 철을 획득하기 위하여 다양한 철흡수기전을 이용하며 이러한 철흡수기전은 자체가 잘 알려진 균의 독력인자이다. 패혈증 비브리오균의 철흡수기전 중에는 IutA라 부르는 수용체단백에 의해서 매개되는 철흡수기전이 있다. 패혈증 비브리오균은 이 철흡수기전을 통해 대장균에서 생산된 시데로포아 중 하나인 aerobactin을 이용할 수 있다. 유전자 iutA 발현은 철농도와 철농도에 반응하여 유전자 발현을 조절하는 조절인자인 ferric uptake regulator (Fur)에 의해 조절된다. 최근에는 당대사를 조절하는 조절인자인 cyclic AMP-receptor protein (CRP)와 LuxS에 의해 매개되는 쿼럼센싱(quorum sensing; 지배적 조절 인자는 SmcR)에 의해서도 유전자 iutA의 발현이 조절됨이 밝혀 졌다. 패혈증 비브리오균이 바닷물에 서식하다가 인체에 들어올 때에는 25oC에서 37oC로 급격한 온도변화를 견뎌내야 하고 이에 적절히 반응할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 25oC에서 37oC로 온도변화가 유전자 iutA, crp와 smcR의 발현에 미치는 영향과 유전자 발현 조절인자인 CRP나 SmcR이 온도변화에 의해 매개된 유전자 iutA 발현에 미치는 영향을 조사하여 온도변화가 유전자 iutA 발현을 유도할 수 있는 새로운 신호가 될 수 있는가를 규명하고자 하였다. 유전자 발현을 전사수준에서 측정하기 위하여 해당 유전자에 LacZ (-galactosidase) 융합시킨 전사리포터를 제작하여 사용하였고 해당 유전자 산물인 단백을 측정하기 위해서는 Western blot을 사용하였다. 철농도를 낮추면 패혈증 비브리오균의 증식이 억제되었고 유전자 iutA 발현이 유도되었다. 반면, 철농도가 높으면 유전자 iutA 발현이 억제되었고 이러한 철에 의한 억제현상은 유전자 fur를 돌연변이 시켰을 때는 나타나지 않았다. Aerobactin이 없을 때에 비해, aerobactin이 존재할 때 유전자 iutA의 발현이 더 높았다. 유전자 crp에 돌연변이를 유발할 경우 유전자 iutA의 발현이 현저히 낮아졌지만 유전자 smcR에 돌연변이를 유발하였을 경우에는 유전자 iutA의 발현에 의미있는 변화가 관찰되지 않았다. 25oC에서 37oC로 온도를 변화시켰을 때 패혈증 비브리오균의 증식이 촉진되었고 유전자 iutA, crp와 smcR의 발현이 모두 증가하였다. 또한, 25oC에서 37oC로 온도변화는 CRP 또는 SmcR이 없는 조건에서도 유전자 iutA의 발현을 증가시켰다. 이러한 결과를 종합하여 볼 때, 25oC에서 37oC로 온도변화가 유전자 iutA, crp와 smcR의 발현을 증가시키는 신호로 작용하며 유전자 발현 조절인자인 CRP나 SmcR은 온도변화에 따른 유전자 iutA의 발현 변화에 꼭 필요하지 않음을 알 수 있었다.