Role of prophenol oxidase cascade in Drosophila immunity

Abstract

In invertebrates, mechanical injuries or infection induce a variety of innate immune responses and melanin deposition around the damaged tissue. Melanin formation is essential in protecting the host from secondary infection. This process requires the enzyme phenol oxidase (PO), which is activated upon the processing of PPO by specific serine proteases. Because of the wide substrate specificity of activated PO, the role of enzymes controlling PPO activation is important. It has been reported that a cascade of serine proteases is induced by signaling proteins, which leads to PPO activation. In particular, serine proteases with Clip domain play a crucial role. In this study, RNAi flies for 24 Clip domain serine proteases were screened in order to identify the serine protease responsible for the activation of PPO into PO. The enzyme Cg6361 was identified to be the final enzyme of the PPO activating pathway. Mutant flies of Cg6361 were generated to clarify the physiological role of PPO signaling pathway, and our results show that this enzyme is genetically in downstream of serine protease(MP1 , MP2) and Serpin(serpin27A, serpin77Ba, serpin28D) enzymes known to be involved in the PPO signaling. We also show that Cg6361 is in the first line of defense against physical injury, directly controlling PPO.;모든 곤충은 물리적인 상처나 외부 균에 감염되면 다양한 방법으로 선천면역 반응을 일으키고, 숙주가 감염 당한 자리에는 멜라닌을 형성한다. 멜라닌 형성은 외부의 이차 감염으로부터 숙주를 보호하는데 중요하다. 이러한 멜라닌을 형성하려면 활성화된 phenol oxidase(PO)라는 효소가 필요한데, 이러한 PO는 ProPO가 특정 serine protease에 의해 활성화 되어 만들어진다. 활성화된 PO가 멜라닌이 생성되는 여러 과정에서 광범위한 기질 특이성을 갖고 있기 때문에 PPO 활성화 과정을 조절하는 효소 단백질의 역할이 중요하다. PPO 활성화 과정은 신호를 인지한 단백질에 의해 serine protease가 연속적인 활성화 반응이 일어난 후 활성화된다고 알려졌다. 특히 이러한 과정에 Clip 도메인을 가지는 serine protease가 중요한 역할을 한다. 본 연구자는 PPO를 PO로 직접 전환 시킬 수 있는 serine protease를 찾기 위해 초파리에 잘 보존되어 있는 24개의 Clip 도메인 serine proteases의 RNAi 초파리의 PO활성도를 스크리닝 하였고, PPO1을 직접 활성화 시키는 마지막 효소 Cg6361을 동정하였다. 그리고 PPO 신호전달의 생리학적인 역할을 밝혀보고자 Cg6361의 돌연변이 초파리를 제조하였고, PPO 신호전달에 관여한다고 보고되어 있는 Serine Proteases(MP1(Cg1102)와 MP2(Cg3066))과 Serpins(Serpin27A, Serpin28D, Serpin77Ba)의 유전학적인 하부에서 위치하고 있음을 증명하였다. 또한 Cg6361이 상처에 대한 일차적인 방어 기작에서 PPO를 조절하여 멜라닌 형성하는데 중요한 단백질임을 보여주었다.