Ундекапренилфосфаттранслоказы придают условную микробную приспособленность

Nature, том 613, страницы 721–728 (2023 г.) Процитировать эту статью

8332 Доступа

10 цитат

81 Альтметрика

Подробности о метриках

Стенка микробной клетки необходима для поддержания формы клеток и устойчивости к внешним стрессорам1. Основным структурным компонентом клеточной стенки является пептидогликан, гликополимер с пептидными поперечными связями, расположенными за пределами клеточной мембраны1. Биосинтез и структура пептидогликана реагируют на изменение условий окружающей среды, таких как pH и соленость2,3,4,5,6, но механизмы, лежащие в основе такой адаптации, до конца не изучены. Предшественники пептидогликана и других гликополимеров клеточной поверхности синтезируются в цитоплазме и затем доставляются через клеточную мембрану, связываясь с перерабатываемым липидным переносчиком ундекапренилфосфатом7 (C55-P, также известным как UndP). Здесь мы идентифицируем семейства трансмембранных белков, содержащие DUF368, и DedA как кандидаты на транслоказы C55-P, заполняя критический пробел в знаниях о белках, необходимых для биогенеза полимеров поверхности микробных клеток. Грамотрицательные и грамположительные бактерии, лишенные родственного им белка, содержащего DUF368, демонстрировали зависимые от щелочи клеточные стенки и дефекты жизнеспособности, а также повышенные уровни C55-P на клеточной поверхности. Зависимые от pH синтетические генетические взаимодействия между белками, содержащими DUF368, и членами семейства DedA позволяют предположить, что использование транспортера C55-P является динамическим и модулируется воздействием окружающей среды. Активность транспортера C55-P была необходима возбудителю холеры для роста и поддержания формы клеток в кишечнике. Мы предполагаем, что зависимость от условного транспортера обеспечивает устойчивость к переработке липидных носителей, укрепляя микробную приспособленность как внутри, так и вне хозяина.

Фосфорилированные ундекапрениловые (C55) липиды играют важную роль в качестве перерабатываемых молекул-носителей в биогенезе гликополимеров на поверхности микробных клеток7. Во время биосинтеза пептидогликана связанные с сахаром пентапептидные субъединицы пептидогликана, которые собираются в бактериальной цитоплазме, ковалентно связываются с C55-P для трансмембранного транспорта7 (рис. 1а). После того, как предшественник пептидогликана, связанный с носителем (липид II), перемещается из внутреннего листка мембраны во внешний с помощью MurJ8, последующее включение муропептида в полимеризованный пептидогликан оставляет после себя пирофосфат C55 (C55-PP). Рециркуляция носителя инициируется гидролизом C55-PP до C55-P мембраносвязанными фосфатазами, включая UppP (также известный как BacA) и белки PAP2-домена PgpB, YbjG и LpxT7. Затем C55-P предположительно переворачивается обратно на цитозольную поверхность мембраны для завершения рециркуляции. Предварительные структурные исследования предположили, что UppP может также функционировать как транслоказа C55-P9,10, но белок(ы), отвечающий за интернализацию C55-P, еще не идентифицирован. Рециркуляция C55-P является ключевым этапом биосинтеза пептидогликана, а также других гликополимеров клеточной поверхности, включая тейхоевые кислоты стенок, некоторые модификации липополисахаридов и капсулы7. Учитывая его широкую и решающую роль в поддержании клеточной поверхности, рециркуляция C55-P считается важной мишенью для антимикробной терапии, и были идентифицированы природные антибиотики, которые ингибируют этот процесс11.

а. Использование и переработка C55-P в бактериях. Места действия антибиотиков, соответствующие рис. 3, обозначены красными полосами. Пунктирные стрелки обозначают несколько ферментативных и/или транспортных стадий. Серый шестиугольник представляет переменные сахара, связанные с C55-P для последующей сборки гликополимера. ЛПС, липополисахарид; ПГ, пептидогликан. б — Консервация DUF368 в выбранных бактериальных типах (вертикально) и родах (курсив). Цветные сегменты и связанные с ними метки обозначают выбранные типы со значительной консервативностью DUF368. Указана фракция секвенированных уникальных кладовых геномов, кодирующих белок, содержащий DUF368. c, d, Прогнозируемые ленточные (c) и электростатические окрашенные поверхности (d) структуры VCA0040. Цветовая шкала от −10 до 10 ккал (моль е−). e, f, Рост (e) и морфология (f) дикого типа (WT), Δvca0040 и Δvca0040 + vca0040 (хромосомно-комплементированный) V. cholerae в среде LB. g, pH среды ночных культур V. cholerae LB. h, рост V. cholerae в среде М9, забуференной до указанного pH. i. Влияние забуференного отработанного супернатанта (бесклеточная среда после 24 часов роста при 30 °C из культуры 1:1000) на морфологию V. cholerae в лог-фазе. j, Влияние pH на рост V. cholerae (вверху) и морфологию (внизу) во время лог-фазы в среде LB, забуференной 50 мМ Na2HPO4. Обратите внимание: небуферная среда. e,g,h. Данные представляют собой среднее значение ± стандартное отклонение для n = 3 культур на штамм или состояние. f,i,j, Репрезентативные изображения из n = 3 культур на штамм или состояние. Масштабные линейки: 3 мкм (е) и 5 ​​мкм (i,j).