A Bacterial Virulence Protein Promotes Pathogenicity by Inhibiting the Bacterium’s own F₁F_o ATP Synthase

Eun-Jin Lee, Mauricio H. Pontes, and Eduardo A. Groisman

cell.2013; 154:146-156

Speaker: Feng-Ru, Hung (洪鳳嬬)              Time: 15:00-16:00, Oct. 23, 2013

Commontator: Dr. I-Hsiu Huang (黃一修 博士)   Place: Room 601

摘要:

一般的病原菌進入宿主後會被免疫細胞吞噬並消化，但有許多病原菌可以在免疫細胞當中存活並於其中複製，通常稱這一類的細菌為intracellular pathogens，屬於這一類的細菌包括：腸道沙門氏桿菌(Salmonella enterica), 結核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis)，藉由躲在細胞中可以逃過宿主的免疫系統攻擊¹。為什麼這一類的細菌具有在免疫細胞或是吞噬小體(phagosome)當中存活的能力呢？這過程有許多因子參與，其中之一為MgtC 蛋白。MgtC在intracellular pathogens屬於毒力蛋白，參與細菌在低鎂離子環境的調控² 。在過去文獻中也指出細胞質中ATP的含量也會影響MgtC的調控，並且和腸道沙門氏菌的致病毒力相關³。在細菌當中主導ATP合成的蛋白即為F₁F_o ATP合成酶，若突變細菌中ATP合成酶負責轉譯出F_o次單元的基因atpB，會減弱腸道沙門氏菌的致病力。為了瞭解MgtC毒力蛋白是否和F₁F_o ATP合成酶有交互作用，作者首先用免疫沉澱法(immunoprecipitation)證明MgtC蛋白會結合到F₁F_o ATP合成酶的F_o次單元。作者接著想了解MgtC蛋白和F_o次單元的交互作用是否會影響到F₁F_o ATP合成酶的活性，利用ATP - 驅動質子移位和ATP水解試驗證明mgtC剔除突變菌株會提升F₁F_o ATP合成酶的活性，導致細胞內的ATP含量增加且胞內環境酸化，且atpB剔除菌株就沒有以上的現象，即證明MgtC蛋白的作用必須要有F₁F_o ATP合成酶的存在。若把MgtC蛋白的第92號位置胺基酸由羥丁胺酸取代(N92T)也能看到和mgtC剔除突變菌株相同的表現。然而在部分實驗顯示在atpB突變菌株表現MgtC蛋白所測得的細胞內ATP含量卻比控制組來的低，atpB mgtC 剔除突變菌株的致病力也比mgtC剔除突變菌株來得低，這樣子的結果暗示著MgtC的活性主要負責抑制細菌的F₁F_o ATP合成酶，但是可能有其他尚未發現的因子也受MgtC調控。總結以上，在吞噬小體酸化時，腸道沙門氏桿菌內外的氫離子濃度梯度差會增加，使細菌內部的ATP含量增加，此時會MgtC蛋白會表現並結合上F_o次單元，抑制外在氫離子進入細菌內部，使ATP和氫離子不會累積在細菌體中。

本篇論文的新穎性在於發現了一個嵌在膜上的毒力蛋白MgtC的作用機制，其和一般所認知的毒力因子不同的地方在於，它是作用在細菌本身，藉由抑制細菌本身的另外一個毒力蛋白的作用來讓腸道沙門氏桿菌可以在免疫細胞中存活並複製。

文獻:

1. Kumar, Y., and Valdivia, R.H. (2009). Leading a sheltered life: intracellular pathogens and maintenance of vacuolar compartments. Cell Host Microbe 5, 593–601.

2. Rang, C., Alix, E., Felix, C., Heitz, A., Tasse, L., and Blanc-Potard, A.B. (2007). Dual role of the MgtC virulence factor in host and non-host environments. Mol. Microbiol. 63, 605–622.

3. Lee, E.J., and Groisman, E.A. (2012a). Control of a Salmonella virulence locus by an ATP-sensing leader messenger RNA. Nature 486, 271–275.