Recognition of antimicrobial peptides by a bacterial sensor kinase

Cell 122: 461-472 (2005)

Speaker：楊朝傑                           Time：9/14/2005, 13:10~14:00

Commentator：何漣漪 老師                  Place：Room 601

Abstract：

Antimicrobial peptides廣泛的存在於許許多多的物種當中，一直以來都被認為是在感染過程中去對抗病原的第一道防線，所以在innate immunity裡扮演了相當重要的角色。antimicrobial peptides通常都是小於100個胺基酸帶有正電性的polypeptides，並且能夠與帶負電性的生物細胞膜作用，造成細胞膜上的孔洞導致細菌死亡。然而細菌本身自然也發展出了去抵抗antimicrobial peptides的機制，使得細菌在antimicrobial peptides的攻擊下得以存活，一般而言要造成細菌能夠去抵抗antimicrobial peptides都是經由去修飾細菌表面的細胞膜，使得antimicrobial peptides無法作用在細菌的細胞膜上。關於細胞膜上lipid A的修飾作用，在大部分的革蘭氏陰性菌中，均是藉由PhoP/PhoQ system來調控。而PhoP/PhoQ system在細菌中意思是指two-component system，是由細菌膜上的一個sensor kinase PhoQ以及 cytosolic response regulator PhoP所組成的，當PhoQ感受到外界的環境活化之後，再去活化下游的PhoP，進而去調控更多的基因。在本篇文章當中作者主要是針對於Salmonella typhimurium的PhoP/Q system來探討。Salmonella typhimurium的PhoP/Q system的特色是其能在acidified macrophage phagosomes中活化，並且將Salmonella培養於含有高濃度的二價陽離子(Ca²⁺, Mg²⁺, or Mn²⁺)的培養基中PhoP/Q system會受到抑制(圖一)。在作者之前的研究當中，就已經發現在Salmonella的PhoP/Q system似乎也能夠受到低於致死濃度的antimicrobial peptides所活化¹，但是關於antimicrobial peptides到底是經由什麼樣的方式去活化PhoP/Q sytem，到目前為止仍然不是很清楚。在這篇文章中，作者們發現了antimicrobial peptides確實能夠直接的去活化PhoP/Q system，並且藉由三種不同的實驗方式(binding studies, NMR structural analysis, and identification of PhoQ mutants)，提供了強而有力的證據去證明了antimicrobial peptides和二價陽離子作用在PhoQ sensor domain上相同的binding site。根據這些結果作者提出了一個假設，認為antimicrobial peptides能夠經由去競爭二價陽離子在PhoQ sensor domain上的binding site，進而去活化PhoP/Q system，造成調控下游基因的訊號(圖二)。由這些發現讓我們了解到細菌如何藉由去感受innate immunity的小分子，來調控自己的基因的表現以促進本身的毒性²。

References：

1.      M. W. Bader et al. Regulation of Salmonella typhimurium virulence gene expression by cationic antimicrobial peptides. Mol. Microbiol. 50: 219–230 (2003).

2.      M. W. Bader et al. Recognition of antimicrobial peptides by a bacterial sensor kinase. Cell 122: 461-472 (2005).