Host responses against cyclo (Phe-Pro) from pathogenic bacteria : DNA damage and innate immune response
- 주제(키워드) Cyclo (phenylalanine proline) , Vibrio vulnificus , DNA damage , ROS , Innate immunity , TLR4 pathway , MYD88 , EFTUD2 , alternative splicing
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 주봉건
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2020. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 생명과학과
- UCI I804:11029-000000064823
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
Cyclo (phenylalanine-proline) [cFP] is produced by various organisms such as bacteria, fungi, plant, and animal. It has diverse biological functions including anti-fungal activity, anti-bacterial activity, and molecular signaling. However, a few studies have demonstrated the effect of cFP on the mammalian cellular processes such as cell growth and apoptosis. In this study, I found EFTUD2 (Elongation Factor Tu GTP Binding Domain Containing 2) splicing factor as a cFP interacting protein by cFP affinity chromatography. Interaction of cFP with EFTUD2 further was confirmed by isothermal calorimetry (ITC) and drug affinity responsive target stability (DARTS) assay. Molecular docking experiment revealed that cFP binds to GTP binding pocket of EFTUD2. Consistently, cFP inhibited GTPase activity of EFTUD2. Furthermore, cFP treatment altered LPS-induced alternative splicing of MYD88 by increasing shorter form of MYD88 (MTD88S) lacking exon 2, resulting in suppression of TLR4 signaling pathway and NF-κB activation in keratinocytes, fibroblasts and 3D skin. In addition, cFP treatment induced DNA damage as well as phosphorylation of H2AX (S139) [γH2AX]. Gene expression analysis by NGS revealed that a subset of genes related to regulation of ROS scavenging and production is altered. cFP treatment also induced perturbation of the mitochondrial membrane, resulting in increased ROS, especially superoxide, production. In addition, high concentration of cFP treatment caused host cell death. Collectively, this study demonstrated that cFP secreted from pathogenic bacteria such as Vibrio vulnificus induces suppression of innate immunity and DNA damage in host mammalian cells for bacteria survival and host cell damage. This study may suggest a better understanding of bacteria-host interaction and human infectious diseases as well as development of anti-bacterial drug.
more초록/요약
Cyclo(phenylalanine-proline) [cFP] 은 박테리아, 곰팡이와 동∙식물이 만들어 내는 cyclodipeptide로 항균, 항생, 신호전달 등의 생물학적인 기능을 가지고 있다. 본 연구에서는 병원성세균인 비브리오균이 분비하는 cFP가 동물세포에서 미치는 영향을 조사하였다. cFP와 결합하는 단백질을 동정하기 위해 cFP affinity chromatography 를 수행하여 RNA 스플라이싱 조절 단백질인 EFTUD2 (Elongation Factor Tu GTP Binding Domain Containing 2)를 동정하였고 isothermal calorimetry (ITC)와 drug affinity responsive target stability (DARTS) 방법으로 cFP와 EFTUD2간의 결합을 확인하였다. Molecular docking 분석과 효소 활성 분석을 통해 cFP가 EFTUD2의 GTP 결합부위와 결합하여 GTPase 활성을 억제함을 밝혔다. 이에 따라 피부각질세포, 섬유아세포, 그리고 3D피부에서 타깃 RNA인MYD88 의 2번 엑손이 결여된 MYD88S의 발현이 증가되었다. 그 결과 LPS처리에 의한 TLR4 신호전달이 저해되었다. 또한, cFP 처리는 동물세포의 DNA 손상을 유발하였고 이와 더불어 DNA 손상의 분자 마커인 히스톤 단백질 H2AX의 인산화 (γH2AX)가 증가하였다. NGS를 이용한 유전자 발현을 조사한 결과, cFP 처리에 의해 ROS 형성과 제거에 관련된 유전자의 발현 변화로 증가된 ROS에 의해서 DNA 손상이 유발되었음을 밝혔다. 특히 cFP처리가 미토콘드리아로부터 유래한 superoxide의 형성을 촉진시켰다. 이와 더불어 고농도의 cFP 처리에 의해 세포 죽음을 유발하였다. 본 연구에서는 비브리오균과 같은 병원성세균이 분비하는 cFP가 숙주세포의 선천성 면역반응을 억제하고 유전체 불안전성을 유도함으로써 병원성 세균의 생존과 숙주세포의 DNA 손상을 초래한다는 것을 밝혔다. 이러한 연구는 병원균세균과 숙주세포간의 상호 작용에 대한 새로운 메커니즘 제공은 물론 병원성세균에 의한 질병을 이해하고 치료제를 개발하는 데 도움을 줄 것으로 기대한다.
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