Haem acquisition is facilitated by a novel receptor Hma and required by uropathogenic Escherichia coli for kidney infection

Molecular Microbiology (2009) 71(1), 79-91

Speaker: 謝政原                                   Time:13:10~14:00, Mar. 4, 2009

Commentator: 鄧景浩 老師               Place: Room 601

Abstract:

血基質(haem)攝取系統對於病原菌存活於寄主體內鐵質受到侷限的環境中是必須的。目前已知革蘭氏陰性菌具有一類位於外細胞膜的受器，可以透過與另一內細胞壁蛋白TonB作用來擷取血基質結合的鐵質。這類受器蛋白具有幾個高度保留性的histidine胺基酸位子與兩種motifs，分別是FRAP以及NPNL domain(1)。而在屬於大腸桿菌的致病菌中，負責攝鐵的這類蛋白叫做ChuA，而在先前相關研究中發現並非全部致病菌皆是帶有ChuA 基因，因此顯示著在這些不帶有ChuA 基因的菌種中存在著另一個攝鐵受器。此外，已有文獻証實這類需要TonB作用的外細胞壁鐵受器對於尿道致病性大腸桿菌(UPEC)在宿主定殖(colonization)是非常重要的。在臨床菌株CFT073中已知其具有許多攝鐵受器，但對於不同受器所需的攝鐵來源仍是不明瞭。然而CFT073的一抗原性外細胞壁蛋白Hma發現其在缺鐵環境下會表現並在蛋白質的N端區域具有一個假設性的TonB box(2)，因此作者想了解此蛋白是否在攝鐵作用上扮演角色。在尿道感染動物模式實驗中發現，若以1:1的菌量感染老鼠72小時後hma突變株在腎臟與脾臟的定殖被野生株大大地競爭取代。由於CFT073具有ChuA，不利於觀察Hma的專一性含鐵受質，因此作者使用帶有p_nativehma的非尿道致病性的大腸桿菌株K-12在不含鐵的培養基進行各種含鐵受質給予的實驗，而結果只有給予含血基質的受質才能使其生長並發現若是tonB突變株皆無法生長。作者進一步找出負責血基質攝取的關鍵胺基酸是tyrosine而非以往攝鐵受器典型的histidine。最後作者發現Hma對於在宿主腎臟定殖的角色並無ChuA所扮演的重要。歸咎其因，具有相似結合親和力的兩者在缺鐵環境下的基因表現程度，則是chuA遠大於hma。總結上述實驗結果，作者找到一個新的血基質攝取受器Hma，其不僅貢獻於尿道致病性大腸桿菌在宿主腎臟定殖，甚至具有新類型的攝鐵關鍵胺基酸tyrosine。

References:

1. Wyckoff, E.E., Duncan, D., Torres, A.G., Mills, M., Maase, K., and Payne, S.M. (1998) Structure of the Shigella dysenteriae haem transport locus and its phylogenetic distribution in enteric bacteria. Mol Microbiol 28: 1139–1152.

2. Hagan, E.C., and Mobley, H.L. (2007) Uropathogenic Escherichia coli outer membrane antigens expressed during urinary tract infection. Infect Immun 75: 3941–3949.