宿主體溫之變化誘導腦膜炎雙球菌的免疫逃脫機制

Temperature triggers immune evasion by Neisseria meningitides

Edmund Loh, Elisabeth Kugelberg, Alexander Tracy, Qian Zhang, Bridget Gollan, Helen Ewles, Ronald Chalmers, Vladimir Pelicic & Christoph M. Tang

Nature 502, 237–240, October 10, 2013

Speaker: Feng Ru Hung (洪鳳嬬)                                          Time: 13:10~14:00, Mar. 12, 2013

Commentator: Dr. Ching-Hao Teng (鄧景浩 博士)     Plate: Room 601

Abstract:

    腦膜炎雙球菌(Neisseria meningitides),屬於革蘭氏陰性病原菌，一定要跟宿主－人類共生，當宿主抵抗力降低時會導致嚴重的感染，例如腦膜炎和菌血症，致死率相當高。平常喜愛存在於上呼吸道，尤其是鼻咽的部位。而腦膜炎雙球菌在過去的研究中已被報導具有多種不同的補體逃脫機制，包括大量表現莢膜蛋白、將脂多醣唾液酸糖苷化(sialylation of lipopolysaccharides)以及結合人類補體系統調節器，H因子(factor H)¹，理解腦膜炎雙球菌的補體逃脫機制或許能有效預防或是治療此菌感染。於是作者為了要找到一個可以導致細菌產生血清抗性的因子，將細菌繼代培養於6%人類血清當中，篩選六代之後得到一些具有血清抗性的腦膜炎雙球菌，進一步分析之後發現具有抗性之菌株有些在負責莢膜生成的基因cssA 的5’非轉譯區(5’ UTR)喪失了8個鹼基(TATACTTA, 8 bps)，這8個鹼基在cssA 的5’非轉譯區距具有兩組，而喪失一組的具抗性細菌產生CssA蛋白和莢膜表現量增加的現象，而在作者們所建構的8個鹼基缺失的突變菌株(D8)中也產生同樣的現象，暗示著這8個鹼基可調控CssA的表現量。為了進一步知道這8個鹼基以何種機制調控CssA的表現量，在北方墨點分析中顯示css mRNA 不管在野生菌株和突變菌株中並沒有差異，所以推測8個鹼基可能以後轉錄作用在調控莢膜生成蛋白CssA的表現。於是作者們以軟體預測了5’非轉譯區並發現此區以及核糖體結合位點(RBS)可能會形成一個莖環結構，根據過去的文獻顯示這可能為一個RNA熱感應器(RNA thermosensor)，這種二級結構在常溫下會穩定存在抑制轉譯作用的進行，但是在環境溫度提高時會使結構不穩定，RBS即暴露出來，起始轉譯作用²。同樣以軟體預測突變菌株5’非轉譯區的結構即可發現少了8個鹼基讓此二級結構變得較不穩定，於是在常溫即可順利進行轉譯作用表現大量CssA蛋白。而將野生菌株培養於不同的溫度，也可發現CssA蛋白隨著溫度升高而提高表現量，證明RNA熱感應器的存在。作者們進一步想探討是否過去已被報導可以導致免疫逃脫的因子是否也有RNA熱感應器調控機制，他們在不同的培養溫度下偵測H因子和Lst(將脂多醣唾液酸糖苷化所必須)也發現在高溫時能偵測到較高表現量。最後，將細菌培養在較高溫的血清中也確實顯示具有較好的抵抗血清能力。在這篇研究中，作者們找到一個腦膜炎雙球菌偵測宿主免疫的機制，通常在宿主遭受感染時會引發發炎反應，發炎所伴隨的熱會RNA熱感應器不穩定，並活化免疫逃脫因子的大量表現，使腦膜炎雙球菌能存活，並進一步進行感染。

References:

1. Schneider M. C. et al. (2007). Interactions between Neisseria meningitidis and the complement system. Trends Microbiol. 15, 233–240.

2. Johansson J. et al. (2002). An RNA thermosensor controls expression of virulence genes in Listeria monocytogenes. Cell 110, 551–561.