철에 의한 패혈증 비브리오균 용혈소/세포용해소 생산의 조절

Abstract

패혈증 비브리오균은 호염성 그람음성 세균으로써 바닷물 주로 강하구에 서식하며 감수성이 있는 환자들에게 괴사성 근막염을 비롯한 치명적인 패혈증을 유발하는 기회감염세균이다. 혈청 또는 조직내 철농도의 상승은 비브리오 패혈증을 유발하는 가장 유력한 숙주인자로 알려져 있다. 용혈소/ 세포용해소(VvhA)는 패혈증 비브리오균이 생산하는 가장 강력한 외독소이며 다양한 생물학적 활성을 나타낸다. 그러나, 용혈소/세포용해소를 암호화하는 유전자(vvhA)의 조절부위에는 철농도에 따라 유전자의 발현을 조절하는 전사억제자인 Fur와 결합할 수 있는 염기서열을 가지고 있음에도 불구하고 용혈소/세포용해소는 철이 낮은 경우보다 철이 높은 경우에 더 많이 생산된다. 본 연구에서는 철에 의한 vvhA 유전자발현과 용혈소/세포용해소 세포외 생산 사이에 존재하는 이러한 모순점을 확인하고 그 기전을 밝히고자 하였다. vvhA 유전자의 발현은 철에 의해 용량 의존적으로 억제되었고 전사억제자인 Fur를 암호화하는 유전자를 돌연변이시킴으로써 억제가 해제되었다. 이에 반해, 용혈소/세포용해소 세포외 생산은 철에 의해 용량 의존적으로 촉진되었다. 또한 전사억제자인 Fur를 암호화하는 유전자를 돌연변이 시켰을 때 용혈소/세포용해소의 세포외 생산은 촉진되었다. 용혈소/세포용해소 세포외 생산은 제 II 형 단백질 분비체계의 구성요소 중 하나인 제 IV 형 leader peptidase/N-methyltransferase (PilD) 효소를 암호화하는 유전자(pilD)를 돌연변이 시켰을 때 감소되었다. 또한 pilD 유전자를 플라스미드를 통해 다시 복원하였을 때 용혈소/세포용해소 세포외 생산은 회복되었다. pilD 유전자의 발현은 철에 의해 용량 의존적으로 촉진되었으며 전사억제자인 Fur를 암호화하는 유전자를 돌연변이 시켰을 때 pilD 유전자의 발현은 촉진되었다. 이러한 결과는 철이 전사억제자인 Fur를 통해 vvhA 유전자의 발현은 억제하나 제 II 형 단백질 분비체계의 활성화를 통해 용혈소/세포용해소 세포외 생산은 촉진함을 나타낸다. 따라서 상승된 혈청 또는 조직 내 철농도는 궁극적으로 용혈소 또는 세포용해소의 생산을 촉진함으로써 비브리오 패혈증의 병태생리학적인 변화를 악화시킬 수 있다.|Vibrio vulnificus is a gram-negative estuarine bacterium that opportunistically causes fatal septicemia in susceptible patients. Elevation of serum and tissue iron is the most reliable predisposing factor to V. vulnificus septicemia. Hemolysin/cytolysin (VvhA) is known to be the most potent exotoxin produced by V. vulnificus. However, VvhA is controversially more profoundly produced in iron-sufficient media than in iron-deficient media despite the presence of a putative Fur box in the regulatory region of the vvhA gene, which encodes for VvhA. Accordingly, we attempted to determine the differential regulatory effect of iron on transcription of the vvhA gene and extracellular secretion of VvhA. Transcription of the vvhA gene was repressed in a dose-dependent manner by iron, and de-repressed by mutation of the fur gene, which encodes for a transcription repressor (Fur) regulating expression of a variety of genes in response to intracellular iron level. In contrast, extracellular secretion of VvhA in a dose-dependent manner by iron and by mutation of the fur gene. Extracellular secretion of VvhA was decreased by mutation of the pilD gene, which encodes type IV leader peptidase/N-methyltransferase associated with the type II general secretion system, and the decreased VvhA secretion was recovered by in trans-complementation of the wild type pilD gene. Transcription of the pilD gene was increased in a dose-dependent manner by iron and mutation of the fur gene. These results indicate that iron represses transcription of the vvhA gene via the transcription repressor Fur, but rather triggers extracellular secretion of VvhA via the facilitation of the expression of the type II general secretion system, and that elevated serum and tissue iron can eventually deteriorates pathophysiological changes in V. vulnificus septicemia patients by facilitating the extracellular secretion of VvhA.