Proteolysis Regulation of PhoP Transcription Factor in Salmonella Typhimurium
Salmonella Typhimurium의 PhoP 전사 인자에 대한 단백질 분해 조절
- 주제(키워드) Salmonella , PhoP , FtsH protease , ClpAP protease , proteolysis , post-translational modification
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 이은진
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 대학원 생명과학과
- 세부전공 분자생물학 전공
- 세부분야 해당없음
- 원문페이지 70 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000270037
- UCI I804:11009-000000270037
- DOI 10.23186/korea.000000270037.11009.0001421
- 본문언어 영어
초록/요약
Salmonella enterica serovar Typhimurium is a gram-negative intracellular pathogen that can invade the host macrophage. When S. Typhimurium enters the host cell via phagocytosis, it modifies the phagosome into the Salmonella-containing vacuole (SCV). Subsequently, the PhoP/PhoQ two-component system enables cell to survive inside the SCV against the low concentration of Mg2+ ion. It has been well studied that the PhoP/PhoQ system is essential for virulence and the cell’s survival inside macrophage. The transcription regulator PhoP gets phosphorylated by PhoQ, in response to the low Mg2+ environment. PhoP then activates the set of genes which play significant roles in maintaining Mg2+ homeostasis and virulence. In this paper, we identified 2 different ways for bacteria to regulate the activity of PhoP by means of the proteolysis. First, Salmonella ATP-dependent membrane-bound protease FtsH sequestrates PhoP and protects it from the proteolysis by ClpAP protease. We have demonstrated that PhoP and FtsH directly interact with each other, and PhoP requires FtsH for its normal activation and transcription of phoP-activated genes. Second, PhoP lysine 102 and 201 residues are playing an important role in maintaining the protein stability of PhoP. It is discovered that protein level of PhoP dramatically decreases in mutation of those lysine residues. We propose the possibility that proteolysis is the main reason for reduced stability in K102 and K201 mutants. These findings will contribute to understand the bacterial regulatory mechanisms to control the activity of PhoP and strategy for adaptation to the Mg2+-limiting environment.
more초록/요약
Salmonella enterica serovar Typhimurium은 세포 내에 기생하는 그람 음성 병원균으로서, 숙주의 대식세포 내로 침투하는 능력을 갖는다. 식세포 작용을 통해 S. Typhimurium이 숙주 세포 내로 들어가게 되면, 균은 포식소체를 Salmonella-containing vacuole (SCV)로 개조할 수 있고, 이후에 세균은 PhoP/PhoQ 2개 인자 체계 (Two-component system)를 이용하여 낮은 Mg2+ 농도에 대항하여 생존한다. 세균의 병원성 및 대식세포 내의 생존에 PhoP/PhoQ 체계가 필수적인 역할을 한다는 것은 잘 연구되어 있는 사실이다. 낮은 Mg2+ 농도 환경에 반응한 PhoQ에 의해 전사 조절 인자 PhoP가 인산화되면, 곧이어 PhoP는 Mg2+ 항상성 조절 및 병원성에 중요한 역할을 하는 일련의 유전자들을 활성화시킨다. 본 연구를 통해, 필자는 세균이 단백질 분해라는 방법을 이용하여 PhoP의 활성을 조절하는 2가지 다른 방법을 확인하였다. 첫번째, Salmonella의 ATP 의존성 막 고정 단백질 분해효소인 FtsH가 PhoP를 격리함을 통해 다른 단백질 분해효소 ClpAP에 의한 분해를 방지한다. 우리는 PhoP와 FtsH가 직접적으로 상호작용한다는 사실을 증명하였으며, 또한 PhoP가 정상적으로 작용하여 PhoP에 의해 발현되는 유전자들을 전사하기 위해서는 FtsH의 존재가 필수적이라는 사실을 밝혔다. 두번째, PhoP의 102번과 201번 lysine이 단백질 안정성에 중요한 역할을 수행하고 있다. 해당 lysine 잔기에 돌연변이가 가해지자 PhoP 단백질의 양이 급격하게 감소한다는 사실을 발견한 것이다. 필자는 K102와 K201의 돌연변이로 인해 안정성이 감소하는 주된 이유가 단백질 분해로 인한 것이라는 가능성을 제시한다. 우리는 위와 같은 발견들을 통해, 세균이 PhoP의 활성을 조절하는 기전과 Mg2+이 제한된 환경에 적응하는 전략에 대한 이해를 증진하는 데에 기여할 수 있을 것이다.
more목차
Abstract i
List of Tables ix
List of Figures x
Nomenclature xi
Part I. ATP-dependent Protease FtsH Protects PhoP from the Proteolysis by ClpAP in Salmonella Typhimurium
1
Abstract 2
1. Introduction 3
2. Results 5
2.1. MgtB expression dramatically decreases when FtsH is depleted 5
2.2. PhoP requires presence of FtsH protease for its normal expression 6
2.3. The PhoP and FtsH proteins directly interacts with each other 7
2.4. FtsH protein sequestrates the PhoP and protects it from the proteolysis by ClpAP protease 8
2.5. Protease active sites of FtsH are crucial for the protection activity of FtsH 9
3. Discussion 10
4. Figures 13
Part II. Substitution of Lysine Residues Reduces PhoP Protein Stability in Salmonella Typhimurium 24
Abstract 25
1. Introduction 26
2. Results 28
2.1. Substitution of lysine 102 and 201 of PhoP protein leads to the drastic diminish of protein level 28
2.2. Attenuated stability of PhoP K102 and K201 mutants is not related to AAA+ proteases and adaptor protein 29
3. Discussion 31
4. Figures 33
Materials and Methods 37
1. Bacterial strains, oligonucleotides, and growth conditions 37
2. Plasmid construction 37
3. Construction of chromosomal mutant strains with the phoP gene with the Lys codon at position 102 and 201 38
4. Construction of a strain with the chromosomal deletion and tagged genes 39
5. Western blot analysis 42
6. RNA extraction and quantitative real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) 42
7. Immunoprecipitation assay 43
Supplementary Tables 45
References 53
