운데카프레닐 인산염 트랜스로카제는 조건부 미생물 적합도를 부여합니다

Nature 613권, 721~728페이지(2023)이 기사 인용

8332 액세스

10 인용

81 알트메트릭

측정항목 세부정보

미생물 세포벽은 세포 모양을 유지하고 외부 스트레스 요인에 대한 저항력을 유지하는 데 필수적입니다1. 세포벽의 주요 구조 구성 요소는 세포막 외부에 위치한 펩타이드 가교결합을 갖는 당중합체인 펩티도글리칸입니다1. 펩티도글리칸 생합성 및 구조는 pH 및 염도2,3,4,5,6와 같은 환경 조건 변화에 반응하지만 이러한 적응의 기본 메커니즘은 불완전하게 이해됩니다. 펩티도글리칸 및 기타 세포 표면 글리코폴리머의 전구체는 세포질에서 합성된 다음 재활용 가능한 지질 운반체인 운데카프레닐 인산염7(C55-P, UndP라고도 함)에 결합된 세포막을 통해 전달됩니다. 여기에서 우리는 DUF368 함유 및 DedA 막 횡단 단백질 계열을 후보 C55-P 트랜스로케이스로 식별하여 미생물 세포 표면 중합체의 생물 발생에 필요한 단백질에 대한 지식의 중요한 격차를 메웁니다. 동족 DUF368 함유 단백질이 결여된 그람 음성 및 그람 양성 박테리아는 세포 표면 C55-P 수준 증가와 함께 알칼리성 의존성 세포벽 및 생존 능력 결함을 나타냈습니다. DUF368 함유 단백질과 DedA 계열 구성원 사이의 pH 의존적 합성 유전적 상호작용은 C55-P 수송체 사용이 역동적이고 환경 입력에 의해 조절된다는 것을 시사합니다. C55-P 수송체 활성은 장내 성장과 세포 모양 유지를 위해 콜레라 병원체에 필요합니다. 우리는 조건부 수송체 의존이 지질 운반체 재활용에 탄력성을 제공하여 호스트 내부와 외부 모두에서 미생물 적합성을 강화할 것을 제안합니다.

인산화된 운데카프레닐(C55) 지질은 미생물 세포 표면 글리코폴리머 생합성에서 재활용 가능한 운반체 분자로서 필수적인 역할을 합니다7. 펩티도글리칸 생합성 동안, 박테리아 세포질에 조립된 펩티도글리칸의 당 결합 펜타펩티드 서브유닛은 막횡단 수송을 위해 C55-P에 공유결합으로 연결됩니다7(그림 1a). 담체 연결된 펩티도글리칸 전구체(지질 II)가 MurJ8에 의해 막의 내부 전단지에서 외부 전단지로 이동한 후, 이어서 무로펩티드를 중합된 펩티도글리칸에 통합하면 C55 피로인산염(C55-PP)이 남습니다. 캐리어 재활용은 UppP(BacA라고도 함) 및 PAP2 도메인 단백질 PgpB, YbjG 및 LpxT7을 포함한 막 관련 포스파타제에 의해 C55-PP에서 C55-P로의 가수분해에 의해 시작됩니다. 그런 다음 C55-P는 아마도 재활용을 완료하기 위해 막의 세포질 표면으로 다시 뒤집힐 것입니다. 예비 구조 연구에서는 UppP가 C55-P 트랜스로카제9,10로도 기능할 수 있다고 제안했지만 C55-P 내재화를 담당하는 단백질은 아직 확인되지 않았습니다. C55-P 재활용은 펩티도글리칸뿐만 아니라 벽 테이코산, 특정 지질다당류 변형 및 캡슐을 포함한 기타 세포 표면 당중합체의 생합성에서 핵심 단계입니다7. 세포 표면 유지에 있어 광범위하고 중요한 역할을 고려할 때 C55-P 재활용은 항균 요법의 중요한 표적으로 간주되며 이 과정을 억제하는 자연 발생 항생제가 확인되었습니다.

a, 박테리아에서 C55-P의 사용 및 재활용. 그림 3과 관련된 항생제 작용 부위는 빨간색 막대로 표시됩니다. 점선 화살표는 여러 효소 및/또는 수송 단계를 나타냅니다. 회색 육각형은 다운스트림 글리코폴리머 어셈블리를 위해 C55-P에 연결된 가변 당을 나타냅니다. LPS, 지질다당류; PG, 펩티도글리칸. b, 선택된 박테리아 문(직립) 및 속(이탤릭체)에서 DUF368의 보존. 색상이 지정된 부분과 관련 라벨은 DUF368이 상당히 보존된 선택된 문을 나타냅니다. DUF368 함유 단백질을 코딩하는 서열화된 고유 클레이드 게놈의 분획이 표시됩니다. c, d, VCA0040의 예측된 리본(c) 및 정전기 표면 착색(d) 구조. 색상 척도, -10 ~ 10 kcal(mol e-). e, f, LB 배지에서 야생형(WT), Δvca0040 및 Δvca0040 + vca0040(염색체 보완) V. cholerae의 성장(e) 및 형태(f). g, V. cholerae 밤새 LB 배양물의 중간 pH. h, 표시된 pH로 완충된 M9 배지에서 V. cholerae 성장. i, 로그 단계의 V. cholerae 형태에 대한 완충된 소비 상청액(1:1,000 배양에서 30°C에서 24시간 성장 후 무세포 배지)의 효과. j, 50mM Na2HPO4로 완충된 LB 배지에서 로그 단계 동안 V. cholerae 성장(위) 및 형태(아래)에 대한 pH의 영향. NB, 버퍼링되지 않은 매체. e,g,h, 데이터는 균주 또는 조건당 n = 3 배양물의 평균 ± sd입니다. f,i,j, 균주 또는 조건당 n = 3개의 배양물의 대표 이미지. 스케일 바, 3μm(f) 및 5μm(i,j).

200 cells) and multiple independent replicate cultures as indicated./p> 6. Library preparation and sequencing was performed by the Microbial Genome Sequencing Center (Pittsburgh). RNA-sequencing analysis was performed largely as described59. Reads were mapped to the V. cho\lerae KW3 genome (NCBI assembly GCA_001318185.1) with Bowtie2 (version 2.4.1)60. A read matrix for each sample was then generated with featureCounts from Rsubread (version 2.4.3)61. Read matrices were then analysed with DESeq2 (version 1.30.1) using default settings in R (version 4.0.3) to identify differentially expressed genes. Data shrinkage was performed with ashr62./p>150 and isolation specificity of >0.5./p>90% of reads and did not occur in a known poorly mapping or highly repetitive region such as a tRNA locus. For the secondary screen in secDF2- Δvca0040 bacteria, the Δvca0040 deletion was re-derived three independent times in the ΔsecD2 or ΔsecF2 background. Suppressors were isolated and sequenced identically to those in the parental Δvca0040 background./p>

20 sphere-shaped bacteria across n = 3 separate fields of view from a single overnight culture. Scale bars: 3 (b,c,f) or 5 (d,e) µm./p>

Order>Family>Genus>Species). Archaeal clades are combined on the tab “Archaea”./p>100 before sorting by mean log2 fold change./p>