확산성 신호 인자(DSF)는 Shigella flexneri의 주요 독성 활성제인 VirF에 결합하고 억제합니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13170(2023) 이 기사 인용

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인간 세균성 이질의 병인체인 시겔라(Shigella)는 환경적으로 자극된 전사 활성제의 연쇄반응을 통해 독성 결정인자의 발현을 조절합니다. VirF는 선도적인 활성화제이며 적절한 병독성 발현에 필수적입니다. 이 연구에서 우리는 DSF 계열의 두 가지 자가 유도제인 XcDSF와 BDSF가 VirF의 젤리 롤 모듈과 상호 작용하여 이를 억제하고 Shigella의 전체 병독성 시스템의 발현에 영향을 미친다는 것을 보여주는 in vitro 및 in vivo 실험에 대해 보고합니다. 상피 세포를 침범하는 능력. 우리는 XcDSF와 BDSF의 결합이 VirF의 이합체화를 방지하여 VirF를 억제하는 방법을 설명하는 분자 모델을 제안합니다. 전반적으로, 우리의 실험 결과는 XcDSF와 BDSF가 인간 장의 "집락화 저항"에 기여할 수 있거나 박테리아가 내강에서 장 점막에 접근하기 위해 이동함에 따라 Shigella 독성 발현의 미세 조정에 활용될 수 있음을 시사합니다. 우리의 발견은 또한 DSF 리간드와 VirF의 상호작용에 대한 상세한 이해가 이질증을 치료하기 위한 혁신적인 항바이러스 약물의 합리적인 개발에 어떻게 기여할 수 있는지 강조합니다.

이질균은 전 세계적으로 매년 약 1억 2,500만 명에게 영향을 미치고 약 164,000건의 치명적인 결과를 초래하는 질병인 이질을 유발하는 장병원성 그람 음성 박테리아입니다1,2. 인간 장 점막을 감염시키기 위해 Shigella는 특정 유형 III 분비 시스템(T3SS)을 이용하여 일련의 인자를 숙주 세포의 세포질에 주입하여 박테리아 침입을 촉진합니다3. 이 T3SS의 단백질 구성 요소를 암호화하는 유전자, 그 조립에 관여하는 인자 및 주사 가능한 이펙터는 Shigella 독성 플라스미드(pINV)4 내의 큰 병원성 섬(PAI) 유사 영역에 클러스터되어 있습니다. T3SS 유전자의 발현은 계단식 상단에 있는 AraC-XylS 전사 조절자 VirF에 의해 촉발되는 조절 계단식에 의해 제어됩니다. VirF 단백질은 Shigella 병독성에 중요한 두 유전자인 icsA 및 virB의 전사를 촉진합니다. IcsA 단백질은 세포내 박테리아 운동성에 관여하며 독성 시스템의 두 번째 양성 조절자 역할을 하는 VirB 단백질은 Shigella 조절 계통의 기본 수준 발현을 담당합니다9,10. 주목할 만한 점은 virF, virB 및 icsA 유전자가 PAI 유사 영역 외부에 위치한 pINV 플라스미드 유전자라는 것입니다. VirF는 온도, pH 및 삼투압과 같은 여러 환경 자극에 의해 전사 수준에서 조절되고 MiaA10에 의해 전사 후 수준에서 조절됩니다. 아주 최근에 우리는 VirF의 활동이 지방산(FA)에 의해서도 직접적으로 제어된다는 것을 보여주었습니다. 특히, 라우르산, 카프르산, 미리스톨레산, 팔미톨레산 및 사피엔산과 같은 FA는 VirF와 결합하여 전사 촉진 활성을 비활성화합니다. 이는 아마도 단백질 구조가 유리 기능("개방형") 상태에서 FA 결합 상태로 변경되도록 함으로써 가능합니다. , 기능이 없는("폐쇄") 형태. FA와 관련된 유사한 메커니즘은 V. cholerae의 ToxT, ETEC(enterotoxigenic E. coli)의 Rns 및 Salmonella enterica의 HilD와 같은 다른 독성 조절자에 대해 이전에 제안되었습니다. 최근에는 HilD에 결합하여 억제하는 리간드 중에 cis-2-헥사데센산이 포함되어 S. Enterica14,15의 독성 유전자 발현에 영향을 미칩니다. 이 화합물은 "확산성 신호 인자"(DSF)라고 불리는 그람 음성 박테리아에 의해 합성되는 희귀한 종류의 FA에 속합니다. DSF에는 13-메틸테트라데칸산(LeDSF)을 제외하고 위치 2에 불포화 시스 결합이 있는 다양한 사슬 길이와 분기 패턴을 가진 FA가 포함됩니다. 또한 DSF는 박테리아 정족수 감지(QS) 시스템에서 신호 분자 역할을 하고 식물 및 동물 병원체를 포함한 광범위한 박테리아의 다양한 기능을 조절하는 것으로 나타났습니다. 프로토타입 DSF 분자는 식물병원성 박테리아 Xanthomonas campestris17,19에 의해 생성된 cis-11-methyl-2-dodecenoic acid(XcDSF)입니다. 이전에 특성화된 DSF 계열의 다른 주요 구성원으로는 cis-2-decenoic acid(PDSF); 시스-2-도데센산(BDSF); 시스, 시스-11-메틸도데카-2, 5-디에노산(CDSF); 시스-10-메틸-2-도데센산(IDSF); 시스-2-테트라데센산(XfDSF1); 및 시스-2-헥사데센산(XfDSF2). DSF를 합성하는 박테리아는 지속적으로 업데이트되는 목록의 일부이며 DSF 합성에 중요한 rpfF 유전자(또는 그 동족체)의 존재를 특징으로 합니다17,20. 현재까지 DFS 생산자 목록에는 Xanthomonas spp., Xylella fastidiosa, Pseudomonas aeruginosa, Stenotrophomonas maltophilia, Lysobacter enzymogenes 및 brunescens, Leptospirillum ferrooxydans, Burkholderia cenocepacia 및 Cronobacter turicensis가 포함됩니다17. Frateuria, Luteobacter, Pseudoxhantomonas 및 Rhodanobacter 속에 속하는 박테리아도 in silico 예측을 기반으로 포함될 수 있습니다. DSF의 생산과 쿼럼 감지 신호로서의 인식을 담당하는 유전자좌는 X. campestris에서 처음으로 특성화되었으며 rpfC, rpfG, rpfB 및 rpfF의 4개 유전자를 포함합니다. RpfC와 RpfG는 2성분 시스템을 형성하는 반면, RpfB는 장쇄 아실-CoA 분자에 대한 리가제입니다. RpfF는 크로토나제 수퍼패밀리(에노일-CoA 탈수효소 및 티오에스테라제 활성)의 효소로서 지방산 합성 중간체인 아실 수송 단백질(acyl-ACP)에 작용하여 XcDSF를 합성합니다. 박테리아 개체군이 임계 밀도에 도달하면 XcDSF는 RpfG 반응 조절 단백질의 인산화를 유도하는 RpfC 센서와 상호 작용합니다. 가수분해 활성으로 인해 인산화된 RpfG는 두 번째 메신저 비스-(3'-5')-고리 GMP(c-di-GMP)를 GMP로 전환합니다. 세포내 c-di-GMP의 감소는 표적 유전자의 조절 완화로 이어집니다. Burkholderia cenocepacia에서 DSF 분자(BDSF)의 생합성은 에노일-CoA 수화효소 및 티오에스테라제 활성을 갖는 이중 기능 효소인 RpfFBc에 전적으로 의존합니다. 이 효소는 X. campestris RpfF 단백질과 중요한 서열 동일성을 나타냅니다. 생합성 경로와 화학 구조에서 XcDSF와 BDSF의 높은 유사성에도 불구하고 B. cenocepacia가 BDSF를 감지하는 메커니즘은 세포질 수용체인 RpfR 단백질을 포함하므로 X. campestris의 특징과 다릅니다. 이 효소는 일단 BDSF에 결합하면 순환형 di-GMP 포스포디에스테라제 활성을 나타내므로 세포질 c-di-AMP가 감소합니다. 흥미롭게도 이러한 인식 및 조절 메커니즘은 S. Enterica 독성을 억제하는 HilD와 cis-2-헥사데센산 간의 상호 작용과 매우 유사합니다. 이전에 특성화된 VirF 활성 억제제인 ​​XcDSF, BDSF 및 라우르산(그림 S1) 사이의 높은 구조적 유사성을 고려하여 우리는 XcDSF와 BDSF가 VirF 단백질의 전사 촉진 활성을 방지하여 Shigella 병독성을 억제할 수 있는지 여부를 물었습니다. 현재 연구에서 우리는 in silico, in vitro 및 in vivo 실험을 통해 XcDSF와 BDSF가 VirF와 직접 상호 작용하여 virB 전사가 크게 감소하여 Shigella의 전체 병독성 시스템의 발현을 방해하고 결함이 있는 표현형은 숙주 세포의 불충분한 침입과 숙주 세포 내에서의 증식 지연을 특징으로 합니다.