DipM は複数の自己溶解素を制御し、Caulobacter crescentus の細胞収縮を促進する制御フィードバック ループを媒介します。

Nature Communications volume 14、記事番号: 4095 (2023) この記事を引用

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触媒的に不活性な LytM 型エンドペプチダーゼドメインを持つタンパク質は、細菌の細胞壁分解酵素の重要な調節因子です。 ここでは、Caulobacter crescentus の細胞分裂を促進する因子である代表的な DipM について研究します。 我々は、DipM の LytM ドメインが、可溶性溶解性トランスグリコシラーゼ SdpA および SdpB、アミダーゼ AmiC、および推定上のカルボキシペプチダーゼ CrbA を含む複数の自己溶解素と相互作用し、SdpA および AmiC の活性を刺激することを示します。 その結晶構造は保存された溝を明らかにしており、モデリング研究により自己溶解素のドッキング部位を表すと予測されています。 この溝の変異は実際、生体内でのDipMの機能と、生体外でのAmiCおよびSdpAとの相互作用を無効にする。 特に、DipM とその標的である SdpA および SdpB は、中央細胞への互いの動員を刺激し、細胞質分裂が進行するにつれて自己分解活性を徐々に増加させる自己強化サイクルを確立します。 したがって、DipM はさまざまなペプチドグリカン再構築経路を調整して、適切な細胞収縮と娘細胞分離を確実にします。

進化の過程で、細胞は内部浸透圧に耐えられるようにエンベロープを強化するための複数の戦略を開発してきました。 ほとんどの細菌種は、細胞質膜を取り囲む半硬質の細胞壁を合成し、張力の一部を担い、さらに細胞に形状を与えます。 細菌の細胞壁の中心成分はペプチドグリカン (PG)1,2 です。これは、短いペプチド架橋によって共有結合で架橋された N-アセチルグルコサミン (NAG) 単位と N-アセチルムラミン酸 (NAM) 単位が交互に並んだグリカン鎖で構成されるヘテロポリマーです 3。 PG メッシュワークは単一の大きな高分子、いわゆる球形嚢を構成しており、細胞の成長、形態形成、細胞分裂を可能にするために常に再構築される必要があります。 このプロセスには、自己溶解素としても知られる溶解酵素による球形嚢内の結合の切断と、その後の PG シンターゼによる新しい細胞壁物質の挿入が必要です。 細胞溶解を引き起こす PG 層の弱いスポットの出現を防ぐには、これら 2 つのタンパク質グループの拮抗作用を緊密に調整する必要があります。

自己溶解素は、PG 分子内で切断される結合に従って分類される、不均一な酵素のグループです。 グリコシダーゼと溶解性トランスグリコシラーゼ (LT) は、グリカン鎖の糖単位間の結合を切断します5。 特に、LT によって媒介される反応は 1,6-アンヒドロ-NAM を生成します。これは、一部の種では、β-ラクタム系抗生物質ストレスを示すシグナル伝達分子として機能します 6。 N-アセチルムラミル-L-アラニン アミダーゼ (PG アミダーゼ) は、ペプチドの L-アラニン残基と NAM のラクチル部分の間の結合を加水分解し、裸のグリカン鎖を生成します。 それらは、ガンマプロテオバクテリアおよびファーミキューテスのさまざまなメンバーにおける娘細胞の分離に必要であることがわかっています7、8、9、10。 最後に、エンドペプチダーゼはペプチド部分のさまざまな結合を切断し、PG の取り込みとリモデリングを促進します 11、12、13、14。 一般に、個々の自己溶解素が必須であることはほとんどありません。 しかし、多くの細菌では、複数の自己溶解素の不活化が組み合わさって、強い形態学的および/または合成致死表現型を引き起こす可能性があります13、15、16、17、18。

溶解酵素と合成酵素の調整は、それらが集合して複数タンパク質複合体を形成することによって達成されると考えられています4,19,20。 これらの複合体の 1 つは、ほとんどの細菌で細胞分裂を実行するジビソームです 20,21。 その集合は通常、チューブリン相同体 FtsZ が将来の分割部位で動的環状構造に重合することで始まります 22,23。 このいわゆる Z リングは、PG シンターゼ、自己溶解素、調節タンパク質など、他のすべてのジビソーム構成要素を直接的または間接的に動員します 24,25。 これらの因子の協調的な活動により、分裂部位の PG 層が徐々に再構築され、球形嚢が収縮し、最終的に分裂して新生娘細胞の放出が可能になります。