Nature Chemical Biology 2, 591-595 (2006)
Published online: doi:10.1038/nchembio820

An oxidation-sensing mechanism is used by the global regulator MgrA in Staphylococcus aureus

Peng R Chen, Taeok Bae, Wade A Williams, Erica M Duguid, Phoebe A Rice, Olaf Schneewind and Chuan He

Speaker: 蘇聖淵                                                      Time: 2006/12/20  14:00~15:00

Commentator: 莊偉哲 老師                                 Place: 601 room

摘要:

金黃色葡萄球菌是我們所熟知的致病菌之一，它本身會產生許多毒力因子來幫助感染宿主。在早先的研究中發現：金黃色葡萄球菌體內一個全面性調控蛋白－MgrA，會結合上DNA去控制大約350種不同的基因表現。於是，作者想去了解：有哪些因素可以調控此一蛋白的功能。在利用生物資訊分析與蛋白質結晶實驗中發現，此一蛋白結構跟功能上，都相類似一多重抗藥性蛋白家族[MarR family]；其中又與Bacillus subtilisOhrR [調控有機過氧化物代謝的轉錄因子]蛋白最雷同。我們也從其他研究中知道：OhrR本身可以直接受到過氧化物的結合，造成立體結構改變而脫離DNA序列，並活化對抗氧化壓力基因的表現。作者便假設：MgrA蛋白應該也有相同機制?!在利用不同過氧化物刺激下，MgrA蛋白序列中的cysteine胺基酸會直接被這些過氧化物氧化。同時，當cysteine氧化後造成MgrA 結構改變而脫離DNA。在功能分析上，也證實此一現象使下游受負向調控的抗藥基因norA表現。在另一部份，我們知道臨床上治療金黃色葡萄球菌的quinolones 或 vancomycins藥物，會產生一些副作用使人體細胞內的氧化壓力上升。同時，其他研究也顯示細菌體內同樣會發生此一現象；有趣的是：MgrA所調控的norA基因，正好與quinolones治療的抗藥性有關。於是,衍生出一些問題：1. 是否在有氧化壓力下，細菌的抗藥性會上升? 2. 在一般情況下，mgrA基因缺失的變異株會生長比較良好嗎? 結果的確顯示，在有氧化壓力下，細菌的抗藥性會上升；然而mgrA基因缺失的變異株，跟野生株比較卻生長得不佳。歸整以上實驗結論：作者認為金黃色葡萄球菌的MgrA蛋白，可以直接由結合過氧化物，而感應到細胞內氧化壓力的改變，進而調控下游抗藥性的表現。除此之外，也發現細菌不再只是單純地因應氧化壓力，而是會廣泛地活化其他基因，連帶地對抗可能造成氧化壓力的因素，例如抗生素。

References:

1. Luong, T.T., Newell, S.W. &Lee, C.Y. mgr, a novel global regulator in Staphylococcus aureus.
  J. Bacteriol. 185, 3703-3710 (2003).

2. Truong-Bolduc, Q.C., Dunman, P.M., Strahilevitz, J.,Projan, S.J. & Hooper, D.C. MgrA is a multiple  regulator of two new efflux pumps in Staphylococcus aureus. J. Bacteriol. 187, 2395-2405 (2005)