Salmonella enterica serovar Typhimurium의 병원성 발현에서 Spy 단백질의 역할

Abstract

Bacterial secretion of proteins into the extracytoplasmic spaces is an essential process for bacterial metabolism in interactions with external environments including host cells during bacterial pathogenesis in host animals. In bacterial maintaining protein homeostasis in extracytoplasmic spaces, molecular chaperon proteins can prevent misfolding of extracytoplasmic proteins from a variety of stresses originated from external environments or from the internal bacterial metabolism. Spheroplast protein y(Spy) is known as a chaperone function protein expressed and localized in the periplasm of Escherichia coli during spheroplast formation or when exposed to protein denaturing conditions. And structural studies about Spy have predicted that it may assist proper folding of a broad range of proteins in bacterial periplasm. However, the physiological relevance of Spy in bacterial pathogenesis has been unexplored. In this study, I show that Spy is required for the pathogenesis of Salmonella enterica serovar Typhimurium. A spy null mutant S. Typhimurium showed the reduced invasion into Hela epithelial cells, the impaired replication inside RAW264.7, and the attenuation of virulence in mice. In addition to spheroplast sensing, spy transcription was induced when S. Typhimurium was exposed to hydrogen peroxide, nitric oxide, and antimicrobial peptide that can be produced by macrophages. The induction of spy transcription in S. Typhimurium was dependent on regulator proteins for envelope stress responses, BaeR and CpxR. In addition to recapitulate previously observed phenotypes, this study has extended the role of Spy as an essential protein for S. Typhimurium pathogenesis, and the conservation in genomes of most enteric bacteria. There findings suggest that Spy may principally contribute to extracytoplasmic fitness of enterobacteria in animal hosts|박테리아가 extracytoplasm 공간에 분비하는 단백질들은 숙주 동물 내에서 병원성 세균과 숙주내 외부 환경과 상호작용 하는동안 세균의 신진대사에 필수적인 과정이다. 이때, 박테리아는 세포질외부(extracytoplasm) 공간에서 단백질 항상성을 유지하여야 하는데, 분자 chaperone 단백질들은 외부 환경이나 박테리아 내부 대사 과정으로부터 유래된 다양한 스트레스로부터 세포질 외부 단백질의 안정화에 기여한다. Spy (spheroplast protein y)는 E.coli 에서 speroplast를 형성하는 동안 외막 내막 사이 periplasm에 위치하고 단백질 변성 조건에 노출 되었을 때 chaperone 기능 단백질로 표현 되는 것으로 알려져 있다. 그리고 spy에 관한 구조적 연구는 박테리아 extracytoplasm에서 많은 종류의 단백질의 안정적 구조 유지에 일정한 기능을 할 것으로 예상하고 있다. 그러나, 박테리아 병원성에서 spy의 생리적 역할은 아직 알려지지 않고 있다. 본 연구에서는, Spy가 salmonella enterica serovar Typhimurium의 병원성에 필요한 것을 발견 하였다. spy결손 돌연변이 S. Typhimurium은 Hela 상피 세포에 대한 침입능력이 감소되고, Raw 264.7 대식 세포 내부에서 증식률이 감소하였으며, 쥐에서 병독성이 감소되었다. Spheroplast형성과정 뿐 아니라 spy유전자 전사는 과산화수소, 산화질소 및 대식세포에서 생산될 수 있는 항균펩타이드에 노출 되었을 때 크게 증가하였다. 이러한 spy전사의 유도는 envelope 스트레스 반응에 대한 조절 단백질인 BaeR, CpxR 에 의존하는 것을 확인 하였다. 이전에 관찰 된 표현형을 되풀이 하는 것 뿐만 아니라 본 연구는 Salmonella pathogenesis 를 위해 필수적인 단백질로써 Spy의 역할을 확장 하였으며, 대부분의 장내세균의 genomes에서 보존되어 있는 것으로 동물숙주세포 장내세균의 extracytoplasm 단백질 항상성에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.