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Fur-Iron Complex Regulates the Transcriptional Expression of leuO-mediated Regulatory System in Vibrio vulnificus

초록/요약

Ferric uptake regulator (Fur) is a transcription factor that forms a complex with iron that controls the transcription of the genes mainly related to the iron utilize and absorption. In addition to the regulatory mechanism related to iron absorption in Vibrio vulnificus, Fur is reported to have a regulatory mechanism that is involved in the expression of several pathogenic factors such as elastase, smcR; the major regulator of the quorum sensing system, and the transcription of qrr; the small ribonucleic acid (small RNA). In this paper, I confirmed that in addition to the known genes, the transcriptional expression of the leuO; a transcription factor, and vhuα and vhuβ; messenger RNA (mRNA) binding protein encoding genes are also regulated by the Fur and Iron complex. The inhibitory effect of Fur-iron complex on the transcription of leuO is observed to initiates on the two regions by direct binding of the complex on the regions. -152 to -146 region and -80 to -70 region from the translation start site were confirmed as the Fur binding region by using electrophoretic mobility shift assay (EMSA) and footprinting analysis. Moreover, transcription of the vhuα and vhuβ were previously suggested to be regulated by the transcriptional regulator, LeuO. This paper confirmed that the transcriptional expression of the vhuα and vhuβ is regulated by direct regulation action of Fur-iron complex. Fur-iron complex and transcriptional regulator LeuO competitively bind to the upstream region of vhuβ region, and regulate its expression, whereas the two factors do not affect each other on vhuα region. IscR was also confirmed to affects the expression of vhua by using gel shift assay. These results indicate that in V. vulnificus, Fur affects the transcription and expression of a wide variety of genes note only by regulating the transcription of narrow arrange of genes, but by regulating the expression of transcriptional regulators extensively.

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초록/요약

Ferric uptake regulator (Fur) 는 철과 결합하여 복합체를 형성하여 주로 철의 흡수 및 이용과 관련된 유전자들의 전사를 조절하는 전사인자이다. 그러나 패혈증 비브리오균 (Vibrio vulnificus)에서는 철의 흡수와 관련된 유전자 이외에도 elastase 등의 병원성 인자, 그리고 정족수 인식 기작 (Quorum sensing system)의 주요 조절자인 smcR 유전자와 small RNA인 qrr의 전사에도 관여한다는 것이 보고된 바 있다. 본 논문에서는 기존에 알려진 유전자들 외에 또 다른 전사 조절인자인 leuO 유전자와 mRNA 부착 단백질인 vhuα, vhuβ 유전자의 전사도 Fur와 철 복합체에 의해 조절 받는다는 것을 확인하였다. Fur와 철의 복합체에 의한 leuO 유전자의 전사저해는 Fur와 철의 복합체가 leuO 유전자의 번역 시작점으로부터 -152 에서 -146, 그리고 -80 에서 -70 사이의 두 군데에 결합함으로써 일어나는 것을 electrophoretic mobility shift assay (EMSA)와 footprinting analysis 기법을 통해 확인하였다. 또한 vhuα와 vhuβ 유전자의 전사는 LeuO 전사인자에 의해서도 조절 받는 것이 보고된 바 있는데, 본 논문에서는 vhuα와 vhuβ 유전자의 발현이 Fur와 철의 복합체에 의해서 직접적으로 조절된다는 것을 확인하였다. vhuβ 유전자의 경우에는 Fur와 철의 복합체가 경쟁적으로 결합하여 발현을 조절하는 반면, vhuα 유전자의 경우에는 두 전사인자가 서로 영향을 주지 않고, 추가적으로 IscR도 vhua의 발현을 조절하는 것을 EMSA 기법을 통해 확인하였다. 이상의 결과는 적어도 패혈증 비브리오균에서는 Fur가 단순히 일개 유전자들의 전사뿐만 아니라, 다른 전사인자들의 발현에도 광범위하게 관여함으로써 다양한 유전자들의 전사 및 발현에 영향을 준다는 것을 의미한다.

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