lrp、stm0551 與 fimY 基因在鼠傷寒沙門氏菌第 一型線毛表現調控所扮演的角色

在感染過程中，細菌的吸附能力是個重要的致病因子。鼠傷寒沙門氏菌可以
表現出第一型線毛，其具有甘露醣專一性的結合能力可以使細菌吸附於宿主細胞。
過去的研究指出鼠傷寒沙門氏菌第一型線毛的表現受到 fimZ、fimY、fimW 與 lrp
基因的調控。在我們的研究中，我們首先將已經表現第一型線毛的鼠傷寒沙門氏
菌 LB5010 感染於巨噬細胞株 RAW 264.7。實驗結果顯示當細菌感染巨噬細胞後
其線毛的主要結構基因 fimA、主要調控基因 fimZ 與 lrp 的表現會隨時間逐漸減
少。另外在模擬感染的環境中，我們發現當培養環境由pH 7 降低至pH 4 時，fimA、
fimZ 與 lrp 的表現也會同樣地下降。此外，fimA 的突變株在感染巨噬細胞後反而
比正常可表現第一型線毛的菌株有更好的生長率。而帶有 lrp 質體的菌株難以於
pH 4 的培養條件下生長。接下來的研究，我們了分析了一個位在 fimY 與 fimW
基因之間一個尚未研究的 stm0551 基因，stm0551 會產生一個 11.4-kDa 具有磷酸
二酯酶活性的蛋白質，可以參與二級訊息分子 c-di-GMP 的降解。我們利用了對
偶基因交換的模式構築了 stm0551 的突變株並發現了此突變株無論在 LB broth
或是 LB agar 的培養環境皆會持續性地表現第一型線毛。透過定量 RT-PCR 的分
析則發現在 stm0551 突變株中 fimA 與 fimZ 的表現程度皆會增加。接著我們純化
了 STM0551 的重組蛋白並發現該蛋白具有磷酸二酯酶的活性。此外，將 STM0551
蛋白上 EAL 區域的 glutamic acid (E)置換為 alanine (A)時，STM0551 蛋白會失去
磷酸二酯酶的活性。最後一個部分，我們分析了 FimY 蛋白的序列並發現了 FimY
蛋白的 C 端序列類似於 LuxR 蛋白。接著利用電泳遷移試驗的模式發現了 FimY
具有與 DNA 結合的能力，其可以與 fimY 與 fimZ 之間約 605-bp 的啟動子區域結
合。接下來將 FimY 蛋白的 C 端具有 helix-turn-helix 的區域進行突變時，當第 189
胺基酸位置的 glycine (G)置換為 aspartate (D)以及第 195 胺基酸位置的 isoleucine
(I)置換為 lysine (K)的時候，FimY 蛋白會失去與 DNA 結合的能力。此外 fimZ 的
啟動子發現有個類似於 lux box 的區域(5’-TCTGTTATTACATAACAAATACT-3’)
II

與 FimY 的結合有關。而 FimY 並無法與其他基因包括 fimA、fimY 與 fimW 的啟
動子區域結合。統整上述三個階段的研究可以發現模擬巨噬細胞感染的酸性環境
會透過調控 fimZ 與 lrp 來抑制鼠傷寒沙門氏菌第一型線毛的表現。而 STM0551
可以藉由與 c-di-GMP 交互作用來控制第一型線毛的表現。最後我們發現 FimY
可以結合於 fimZ 的啟動子區域並調控其表現。