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Oxidative stress promotes degradation of the Irr protein to regulate haem biosynthesis in Bradyrhizobium japonicum

Molecular Microbiology, 60(1), 209–218, 2006

Speaker：葉駿達                                                Date：2006/10/16

Commentator：吳俊忠老師                               14:10~15:00Place：Room 601

摘要：

Reactive oxygen species (ROS)能藉由有氧呼吸而產生且存在環境之中，而這些不穩定的物質-如superoxide及hydroxyl radical-皆有可能對細菌本身造成傷害。為了抵抗這些oxidative stress, 細菌也發展出多種抵禦的機制，包含產生catalase或peroxidase來處理ROS. 在根瘤菌Bradyrhizobium japonicum中，先前發現於鐵缺乏的環境下，δ-aminolevulinic acid dehydrotase (ALAD) –其參與haem的合成-的表現會受到iron response regulator (Irr)的抑制。另外亦發現到於高鐵的環境下，Irr protein會degrade而使haem synthesis效率恢復。而鐵與ROS的產生具有相當密切的關係。故藉由以上的發現及想法，作者便想知道ROS, Irr protein及haem synthesis三者間的關係為何。首先發現到Irr protein在catalase-deficient mutant中甚不穩定，另外也看到在該mutant中，H₂O₂的產生量也較WT多。進一步分析看到WT在有鐵的環境之下，認為H₂O₂會將Irr protein做degradation, 但在catalase-deficient mutant中卻發現到Irr protein未有受到影響，故作者認為H₂O₂對Irr protein的影響是haem-dependent. 作者向上游探尋，發現到O₂對irr degradation扮演重要角色。並且發現到Irr degradation是藉由氧化的方式進行，並且是必須要在有haem, O₂,及reactant的存在下方進行。最後作者利用了truncated form Irr(1-116) protein-其缺乏了Irr protein C-terminal的47個胺基酸，其與haem的binding有關-來證明haem的結合與Irr protein degradation之間的關係。藉由作者所進行的一系列實驗，我們可以知道，當細菌在含鐵的有氧環境中時，其Irr protein會藉由氧化的方式行degradation, 在含有ROS的環境下亦看到此現象，之後會使ALAD的表現量上升，增加haem的生成，之後形成大量對抗ROS的酵素，如catalase, peroxidase等以降低ROS對細菌的傷害。認為Irr degradation可能扮演著signal的角色，當細菌sense到訊號，其便能引發下游的反應來抵抗ROS對於細菌的傷害。