사람 혈색소로부터 패혈증 비브리오균의 철획득에 미치는 단백분해효소의 영향

Abstract

본 연구는 패혈증 비브리오균이 사람혈색소로부터 철을 흡수하는 과정에서 단백분해효소에 의한 혈색소의 분해가 동반되어 철흡수가 촉진되는지를 알아보고자 하였다. Vulnibactin을 생산하지 못하는 돌연변이 균주와 heme 수용체를 발현하지 못하는 돌연변이 균주 모두 철공급원으로 혈색소를 첨가한 배지에서 증식이 억제되었다. 이러한 결과는 이 두 가지 철획득기전 모두가 혈색소로부터 철을 획득하는데 중요한 역할을 담당하고 있음을 나타낸다. 패혈증 비브리오균이 생산하는 단백분해효소 중에서 VvpE는 사람혈색소를 분해할 수 있는 유일한 단백분해효소임에도 불구하고 철결핍배지에서의 VvpE의 발현은 전사수준과 단백수준 모두에서 억제되었다. 또한 전사수준에서 vvpE 유전자의 발현은 혈색소 또는 무기철을 철결핍배지에 공급하였을 때 재활성화되나 세포밖으로 VvpE 단백의 생산은 활성화되지 않으며, 전사수준에서 vvpE 유전자의 발현 역시 패혈증 비브리오균이 배지에 포함된 철을 이미 소모해 버린 증식 후기에만 일어났다. 더군다나, VvpE를 생산하지 못하는 돌연변이 균주와 이 균주에 다시 vvpE 유전자를 삽입하여 VvpE를 생산할 수 있게 보완한 균주 역시 혈색소를 철공급원으로 포함한 철결핍배지와 간경변 환자들에게서 얻은 복수에서 유의한 차이 없이 증식할 수 있었다. 철결핍배지에 첨가된 혈색소는 분해되지 않았고 배양 중에 눈에 보이는 큰 덩어리를 형성하였으며 이러한 큰 덩어리는 VvpE를 생산하지 못하는 돌연변이 균주나 vvpE를 삽입한 보완 균주 모두에서 나타났다. 혈색소 또는 무기철은 luxS 유전자 발현을 촉진하였으나 luxS 유전자에 돌연변이를 유발시킨 균주에서는 vvpE 유전자 발현이 감소되지 않았다. 본 연구결과를 종합하면, 패혈증 비브리오균의 VvpE는 혈색소를 분해하여 철흡수를 촉진하지 않는다. 반대로, 혈색소 또는 무기철이 효과적인 vvpE 유전자의 발현을 위해 필요함을 알 수 있다. 그러나 혈색소나 무기철에 의한 vvpE 유전자의 발현은 LuxS quorum-sensing system이 아닌 다른 전사 조절기전에 의해 조절되고 있으며, vvpE 유전자 발현과 단백수준에서 VvpE 생산 사이에도 아직 밝혀지지 않은 조절기전이 있음을 알 수 있다.|We attempted to determine whether or not Vibrio vulnificus metalloprotease VvpE can promote iron-assimilation via the proteolytic cleavage of human hemoglobin (HG). The growths of both a V. vulnificus vulnibactin-deficient mutant and a heme receptor-deficient mutant were impaired in ironlimited media containing HG as an iron source, indication that both iron-uptake systems play significant roles in V. vulnificus iron-as-that similation from human HG. Of the proteases produced by V. vulnificus, VvpE was found to be a major protease as well as the only protease capable of destroying HG. However, VvpE expressions at both the transcriptional and protein levels were suppressed in iron-limited media. Only vvpE transcription, and not extracellular VvpE production, was reactivated when HG or inorganic iron was added to iron-limited media, but vvpE transcription obviously occurred only in the late growth phase when V. vulnificus had already consumed most iron for growth. Moreover, neither vvpE mutation nor in trans vvpE complementation affected the ability of V. vulnificus to assimilated iron or to grow in iron-limited media containing HG or in cirrhotic ascites containing HG. Moreover, HG added into iron-limited media was not destroyed but gradually aggregated ad insoluble forms during culture, and this HG aggregation occurred regardless of vvpE mutation or complementation. Iron or HG up-regulated luxS transcription, but luxS mutation did not downregulate vvpE transcription. These results indicate that VvpE is not required for efficient iron-assimilation from HG by V. vulnificus, on the contrary, HG or iron is required for efficient vvpE transcription via unknown transcriptional regulators but not the LuxS quorum-sensing system. In addition, a discrepancy exists between vvpE transcription and extracellular VvpE production in iron-limited media containing inorganic iron or HG as an iron source, which suggests that unknown posttranscriptional events are additionally involved in the extracellular production of VvpE.