초록 ▼

철(Fe)은 모든 세포의 생명유지에 필수적인 대표적 금속이다. 자연계에서 철은 산화 정도에 따라 불용성의 Fe(III)와 Fe(II) 이온의 형태로 존재한다. 세균에서 Fe(II)의 세포 내 수송을 담당하는 Feo system은 대장균에서 그 존재가 최초로 보고되었다. 대장균과 함께 장내세균과에 속하며 병원균으로 잘 알려진 살모넬라의 Feo system은 FeoA, FeoB, 그리고 FeoC 세 개의 단백질로 구성되며, 염색체의 feo operon으로부터 발현이 이루어진다. Feo 단백질 중, FeoB는 막 단백질로서 직접적인 Fe

철(Fe)은 모든 세포의 생명유지에 필수적인 대표적 금속이다. 자연계에서 철은 산화 정도에 따라 불용성의 Fe(III)와 Fe(II) 이온의 형태로 존재한다. 세균에서 Fe(II)의 세포 내 수송을 담당하는 Feo system은 대장균에서 그 존재가 최초로 보고되었다. 대장균과 함께 장내세균과에 속하며 병원균으로 잘 알려진 살모넬라의 Feo system은 FeoA, FeoB, 그리고 FeoC 세 개의 단백질로 구성되며, 염색체의 feo operon으로부터 발현이 이루어진다. Feo 단백질 중, FeoB는 막 단백질로서 직접적인 Fe(II) 흡수를 담당하는 수송체임이 살모넬라를 포함한 다양한 세균에서 잘보고된 반면, 세포질 단백질로 예상되는 저분자량(8.4 kDa) FeoC의 기능은 본 연구 개시 시점에서 알려진 바가 없었다. 본 연구에서는 살모넬라의 Fe(II) 세포 내 수송에서 FeoC 단백질의 조절인자(regulator)로서의 역할을 분자수준에서 규명하고자 하였다.
FeoC 단백질은 저농도의 철을 갖는 혐기조건에서 FeoB 수송체를 통하여 일어나는 살모넬라의 Fe(II) 흡수에 필요하였다. FeoC는 FeoB 수송체의 세포질 부위에 특이적으로 직접 결합할수 있었으며, feoB mRNA 발현과는 무관하게 FeoB 수송체 세포 내 생산에 필요하였다. 막 단백질 FtsH는 살모넬라의 단백분해 조절을 담당하는 복수의 단백분해효소 중 하나로 잘 알려져 있다. FtsH 단백분해효소의 수준을 제한하였을 때, FeoB 수송체는 FeoC 부재 시 정상적으로 생산될 수 있었으며, 이 결과는 FeoC가 FeoB에 결합함으로써 FeoB 수송체를 FtsH 단백분해효소로 부터 보호하는 기능을 하는 post-translational regulator임을 제시하였다.
FeoC에 의한 FeoB Fe(II) 흡수 조절의 생물학적 의의는 FeoC의 단백분해 조절 연구를 통하여 보다 명확히 확인 할 수 있었다. FeoC 단백질은 살모넬라가 오직 혐기조건에서 배양 될 때 축적될 수 있었다. 이 결과는 FeoC가 혐기조건에서는 안정적으로 축적되는 반면, 호기조건에서 는 Lon 단백분해효소에 의해 급속히 분해됨에 그 원인이 있었다. 앞서 밝힌 FeoB 수송체 세포내 축적에서의 FeoC 역할과 일치하게, FeoC 단백질의 축적은 FeoB 수송체 축적을 오직 혐기조건에서만 가능하게 하였다.
호기조건에서 Fe(II) 이온은 세포 내에서 과산화수소와 반응하여 치명적인 hydroxyl radical 을 생산한다. 따라서 본 연구의 결과는 혐기/호기조건 모두에서 적응 및 생존 가능한 살모넬라가 혐기조건에서 호기조건으로의 급격한 환경변화에서 Lon 단백분해효소에 의한 FeoC 단백질의 신속한 분해, 그리고 이 결과가 초래하는 FtsH 단백분해효소에 의한 FeoB 수송체의 신속한 분해를 이용하여 과도한 Fe(II) 세포 내 유입을 최소화함으로써 Fe(II) 이온의 세포내 항상성과 산화적 스트레스 저항성을 획득할 수 있음을 제시한다.