Regulatory mechanisms of epithelial innate immunity in Drosophila

Abstract

PART Ⅰ 모든 생명체의 점막 상피에서는 면역 반응 물질로 항균 펩타이드를 합성한다. 초파리에서는 감염에 의해 항균 펩타이드 발현이 유도되는 조직과, 감염 없이도 지속적으로 항균 펩타이드가 발현되는 조직이 존재한다. 감염에 의한 항균 펩타이드의 발현 유도에는 전사 인자 NF-κB가 관여하는 반면, 지속적으로 항균 펩타이드가 발현되는 데에는 전사 인자 caudal이 관여한다. 항균 펩타이드의 합성에 있어서 NF-κB의 활성화 기전에 관하여는 전반적으로 잘 알려져 있으나, caudal의 활성화 기전에 관해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 caudal의 활성에 대한 분자적 이해를 돕기 위하여 yeast-two hybrid screening을 수행하여 caudal과 특이적으로 결합하는 핵 수송 단백질인 drosophila importin-7 (DIM-7) 을 찾아내었다. DIM-7은 caudal의 특정 핵 수송 신호 부위에 결합하여 caudal을 핵 안으로 수송함으로서 침샘에서의 지속적 항균 펩타이드 발현에 필수적 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 이와 같은 결과를 통해 DIM-7이 caudal의 활성에 필수적으로 작용함으로써 초파리의 선천성 면역에 중요한 역할을 하는 것을 보여 주었다. PART Ⅱ 모든 생명체에서 장은 공생 미생물과 병원성 미생물이 공존하는 장소로서, 병원성 미생물은 제거하고 공생 미생물은 유지하는 기전이 필요하다. 초파리의 장에서는 미생물을 조절하기 위하여 활성 산소를 생성하는 효소인 DUOX가 중요한 역할을 한다. DUOX의 발현은 병원성 미생물에 의해 유도되고 공생 미생물에 의해 억제되는 기전이 존재한다. 이와 같은 DUOX 발현의 유도와 억제 기전은 각각 장 내에서 병원성 미생물의 제거와 공생 미생물의 유지를 위해 매우 중요하다. 그러나 미생물의 종류에 따라 DUOX 발현이 어떻게 유도 또는 억제되는지에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 초파리의 tumor necrosis factor receptor-association factor 3 (TRAF3)가 장 내 DUOX 발현 경로에서 MEKK1 상위에 존재하여 병원성 미생물에 의해 DUOX 발현이 유도되는데 필수적 요소로 작용함을 보여 주었다. 그러나 공생 미생물의 존재 하에서는 E3 ubiquitin ligase인 no poles (NOPO)가 autophagy에 의한 단백질 분해 과정을 통해 TRAF3를 분해시킴으로써 DUOX 발현을 억제하는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과를 통하여 미생물의 성격이 병원성인지 혹은 공생적인지에 따라 NOPO에 의한 TRAF3 단백질의 분해 여부가 결정되어 DUOX 발현이 유도 또는 억제되는데, 이는 장 내 세포와 미생물간의 항상성 유지를 위해 중요하다는 것을 보여주었다.;PART Ⅰ The homeobox gene, Caudal, encodes the DNA-binding nuclear transcription factor that plays a crucial role during development and innate immune response. The Drosophila homologue of importin-7 (DIM-7), encoded by moleskin, was identified as a Caudal-interacting molecule during yeast two-hybrid screening. Both mutation of the minimal region of Caudal responsible for moleskin binding and RNA interference (RNAi) of moleskin dramatically inhibited the Caudal nuclear localization. Furthermore, Caudal-mediated constitutive expression of antifungal Drosomycin gene was severely affected in the moleskin-RNAi flies, showing a local Drosomycin expression pattern indistinguishable from that of the Caudal-RNAi flies. These in vivo data suggest that DIM-7 mediates Caudal nuclear localization, which is important for the proper Caudal function necessary for regulating innate immune genes in Drosophila. PART Ⅱ Drosophila guts are in constant contact with indigenous commensal microbes and pathogens enter with foods, they need the mechanism that removes pathogens and maintains commensal microbes specific manner. Drosophila gut generates dual oxidase (DUOX)-dependent reactive oxygen species (ROS) that serve on the front line microbicidal function. DUOX produces the maximum amount of ROS possible during gut infection and maintains the low basal activity despite the omnipresence of commensal gut microbes. In this study, we showed that Drosophila TRAF3 is involved in DUOX dependent gut immunity and is upstream component of MEKK1 in DUOX-expression signaling pathway. NOPO degrades TRAF3 protein by lysosome-dependent protein degradation system and represses DUOX-expression in the presence of commensal microbes. These results suggest that NOPO and TRAF3 regulates DUOX expression and maintains the gut-microbe homeostasis.