Induced Autophagy Regulates Salmonella enterica serovar Typhimurium Infection in Murine Macrophage

Autophagy is one of the lysosomal degradation pathways to maintain cellular homeostasis. The damaged proteins or organelles are uptaken through extra- and intra-cellular stress, starvation and infected pathogens, subsequently, autophagosomes are fused with lysosomes to break down the molecules. Salmonella enterica serovar Typhimurium (S. Typhimurium), intracellular bacteria, cause acute gastroenteritis and food poisoning. Given that autophagy induced by S. Typhimurium plays an important role in the cells to control the infection, we identify whether the induction of autophagy with rapamycin, chemical inducer of autophagy, before infection regulates S. Typhimurium infection. After treatment of rapamycin or 3-methyladenine (3-MA), autophagy inhibitor, RAW264.7 cells were infected with S. Typhimurium. Pretretment of rapamycin decreased the growth rate of S. Typhimurium in the cells; otherwise, pretreatment of 3-MA increased the growth rate of S. Typhimurium. The expression of autophagy-related genes was significantly increased in the S. Typhimurium-infected cells pretreated with rapamycin. To examine whether induced autophagy by rapamycin control the infection with increase the production of reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO), antibacterial radical substrates were measured in infected cells followed by the treatment with either rapamycin or 3-MA. NO production increased in RAW264.7 cells; otherwise, ROS production remained unchanged during the infection. These findings suggest that inducing autophagy with rapamycin reveals antimicrobial activity as producing NO against S. Typhimurium infection in mouse macrophages.

쥐의 큰포식세포주에서 자가포식현상에 의한 Salmonella enterica serovar Typhimurium의 감염 조절

자가포식현상(autophagy)은 세포 내 또는 세포 외의 스트레스나 영양분의 고갈, 그리고 병원체 감염에 의해 유도되는 기전으로, 병원균, 손상된 단백질이나 세포 소기관을 autophagosome으로 격리하여 리소좀(lysosome)과 융합하여 분해시키는 기전이다. Salmonella enterica serovar Typhimurium (S. Typhimurium)은 세포 내로 감염되는 세균으로 급성 위장염과 식중독을 야기한다. S. Typhimurium 감염 시 세포 내에서 자가포식현상이 유도되며 이는 감염을 제어하는데 중요하다는 연구 논문들을 통해 본 연구에서는 자가포식현상 유도제인 rapamycin으로 자가포식현상을 유도했을 때, S. Typhimurium의 감염을 조절할 수 있는지 알아보고자 하였다. 자가포식현상 유도제인 rapamycin과 저해제인 3-methyladenine(3-MA)를 각각 처리한 후 쥐의 큰포식세포주인 RAW 264.7 세포에 S. Typhimurium을 감염시켰다. rapamycin을 전처리한 후 S. Typhimurium을 감염시켰을 때, 세포 내에서 S. Typhimurium의 성장률이 감소한 반면 3-MA의 전처리는 S. Typhimurium의 성장을 촉진시켰다. 또한, RAW 264.7 세포에 rapamycin을 처리 후 감염시켰을 때, 자가포식현상 관련 단백질의 발현이 유의하게 증가하였다. Rapamycin에 의하여 유도된 자가포식현상이 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)과 활성 산화질소종(nitric oxide, NO)의 생성을 통해 감염을 제어하는지를 확인하기 위하여 이 두 물질을 측정하였다. 감염 전 rapamycin 처리 시 RAW 264.7 세포에서 NO의 생성은 증가하였으나 ROS의 생성에는 별다른 차이가 없었다. 이상의 결과는 쥐의 큰포식세포주에서 rapamycin처리로 유도된 자가포식현상은 NO 생성을 통해 항박테리아능을 나타낸다고 할 수 있다.