嗜肺性退伍軍人桿菌分泌因子-RomA能修飾宿主的組蛋白而抑制基因的表現並且促進細菌在宿主細胞內的複製

論文: Rolando, M., et al. Legionella pneumophila effector RomA uniquely modifies host chromatin to repress gene expression and promote intracellular bacterial replication. Cell Host Microbe(2013) 13: 395–405

報告者: 李瑋庭                           時間: 13:00~14:00, Nov. 27, 2013

講評老師: 蔡佩珍 老師                    地點: Room 601

摘要:

    嗜肺性退伍軍人桿菌(嗜肺性軍團菌)為革蘭氏陰性菌，此細菌可以感染一些阿米巴原蟲以及哺乳動物肺部中的巨噬細胞與上皮細胞，並在這些宿主細胞中進行繁殖。感染人類後可能會導致致命的肺炎，稱之退伍軍人症(1)。近年來，有許多研究都在探討此細菌所分泌的因子，並了解這群蛋白因子是如何幫助細菌在宿主細胞中生存及繁殖(2)。

在此篇研究中，作者發現此菌能藉由其第四型分泌系統-Dot/Icm而分泌一種特殊蛋白至宿主細胞中，並命名為RomA。經由序列分析，作者發現RomA含有類似真核的SET domain，並由實驗證實此domain讓RomA擁有組蛋白甲基轉移酶的活性。藉由質譜儀的分析，發現RomA在體外能將組蛋白3上的第14個胺基酸-離胺酸(H3K14)進行三次的甲基化，而此位置的甲基化在哺乳動物上尚未被探討過。此外，作者也發現此蛋白的N端含有入核序列，並由體內實驗證實RomA的確能進入宿主細胞的細胞核中，且對H3K14進行三次甲基化(H3K14me3)。而先前的文獻有提到，H3K14也會進行乙醯化作用(H3K14ac)，並有利於全基因體進行表現(3);相反的，作者透過實驗發現RomA所引起的H3K14me3則會導致基因體轉錄作用處於不活化的狀態，使基因不易表現。若將RomA上的SET domain進行突變，H3K14發生乙烯化的情形則比甲基化來的多，除了證實此蛋白的活性之外，也發現H3K14ac與H3K14me3有競爭的關係。接著，作者利用ChIP-Seq去搜尋可能會被H3K14me3抑制表現的基因，發現其中包含了參與先天性免疫的基因，並透過RT-qPCR發現基因的表現量確實有下降的現象。最後，作者也證明RomA突變株在宿主細胞的繁殖能力比起正常菌株有明顯下降的趨勢，而RomA回補株則恢復了繁殖能力。

總結:當嗜肺性退伍軍人桿菌感染宿主細胞時，會分泌RomA至細胞體內並進一步入核，造成H3K14發生三次甲基化而抑制了宿主基因體的表現，進而促進細菌在宿主細胞內進行繁殖(圖一)。

(圖一)

參考文獻:

1.  Nicholas P. Cianciotto. Pathogenicity of Legionella pneumophila. Int J Med Microbiol. 2001 Nov; 291(5):331-43.

2.  Hubber, A., and Roy, C.R. Modulation of host cell function by Legionella pneumophila type IV effectors. Annu. Rev. Cell Dev. Biol (2010) 26: 261–283.

3.  Karmodiya, K., Krebs, A.R., Oulad-Abdelghani, M., Kimura, H., and Tora, L. H3K9 and H3K14 acetylation co-occur at many gene regulatory elements, while H3K14ac marks a subset of inactive inducible promoters in mouse embryonic stem cells. BMC Genomics, (2012) 13: 424.