Streptomyces coelicolor の発生調節された細胞死には収縮注射システムが必要です

Nature Communications volume 14、記事番号: 1469 (2023) この記事を引用

2107 アクセス

2 引用

12 オルトメトリック

メトリクスの詳細

多様な細菌種が細胞外収縮注入システム (eCIS) を生成します。 eCIS は収縮性ファージ尾部と密接に関連していますが、真核細胞に有毒なタンパク質を注入することができます。したがって、これらのシステムは一般に、細菌生物学の他の側面の中心ではない細胞毒性防御機構とみなされています。ここで、我々は、eCIS が細菌 Streptomyces coelicolor の複雑な発生プロセスに関与していると思われる証拠を提供します。特に、S. coelicolor が通常の成長サイクル中に eCIS 粒子を生成すること、および機能的な eCIS 粒子を欠く菌株がその発生プログラムに顕著な変化を示すことを示します。さらに、eCIS 欠損変異体は、液体培地での増殖中に細胞死レベルの低下と形態の変化を示します。我々の結果は、S. coelicolorにおけるeCISの主な役割は、他の種を攻撃するというよりは、気菌糸の形成と胞子形成につながる発生スイッチを調節することであることを示唆している。

多くの細菌株は細胞外収縮注入システム (eCIS) をコードしています1、2、3。 eCIS は、収縮性尾バクテリオファージ (ファージ) 尾部と密接に関連しています。尾と同様に、それらはベースプレートに取り付けられた長いチューブで構成されています（図1a）。 eCIS尾部様構造を構成するタンパク質は、配列がファージタンパク質と類似している。ただし、eCIS をコードするゲノム領域は、機能未知の AAA + ATPase および Pvc16_N (PF14065) Pfam ファミリーのメンバーであるテールターミネータータンパク質 (TR) を常にコードすることにより、ファージテール領域とは区別されます 4,5。それらはまた、認識可能な毒素タンパク質をコードすることもよくあります2、6、7。特徴付けられた機能を持つすべての eCIS は、細菌細胞と真核細胞の間の相互作用を仲介します。 Serratia 種と Photorhabdus 種は、昆虫細胞の死滅を媒介する、それぞれ抗摂食プロファージ (Afp) と Photorhabdus Virulence Cassettes (PVC) として知られる eCIS 構造を放出します 8,9。この死滅は、eCIS オペロンの下流にコードされた殺虫性毒素の注入によって起こります8、9、10。 MAC（変態関連収縮構造）は、海洋細菌である Pseudoalteromonas luteoviolacea によって産生される独特の eCIS であり、相利相互作用における管虫 Hydroides elegans の形態形成に必要です 11。他のいくつかの eCIS の構造は詳細に調査されています 12、13、14 が、それらの機能はまだ解明されていません。

eCIS 粒子の概略図。この図は、eCIS テールの保存されたコア構造コンポーネントを示しています。タンパク質は略語で示されます（TR = テールターミネーター、TT = テールチューブ、TS = テールシース、BH1、BH2 = ベースプレートハブコンポーネント、BW1、BW2、BW3 = ベースプレートウェッジコンポーネント、BS = テールスパイク）。 b、Streptomyces coelicolor (Sco) の eCIS クラスターの概略図。オープンリーディングフレームとその転写方向はブロック矢印で表され、一定の縮尺で描かれています。遺伝子名は、sco4242 から sco4263 までのクラスター内の最初と最後の遺伝子の下に表示されます。エンコードされた eCIS 関数は、各 ORF の上に略語として示されています。他の出版物で使用されている Afp eCIS 注釈は、矢印の内側に示されています (Afp1-1619)。 2 つの分岐したプロモーター領域は赤いブロックとして示されています。順方向および逆方向の転写方向は、クラスター上の青い矢印で示されています。 c、eCISは、「方法」に記載されているように、液体YEME培地で72時間増殖させたScoの溶解物から精製しました。精製した調製物を元の培養物の濃度の 30 倍に濃縮しました。透過電子画像は 100,000 倍の倍率で収集されました。白い矢印は、完全に組み立てられた eCIS と並んで存在する空のシースを指します。 d 収縮していない拡張構造にある単一の集合 eCIS 粒子が示されています。白い矢印はベースプレートを指し、黒い矢印はテールターミネーター複合体を示します。 e パネル (c) に記載されているように増殖させた培養物の無細胞培地からの粒子を超遠心分離し、元のサンプルの濃度の 30 倍に濃縮しました。画像は80,000倍の倍率で収集されました。白い矢印は、典型的な空になった収縮した尾鞘粒子を指します。スケールバー = 100 nm。 f（c〜e）に記載されているeCIS由来粒子の長さと幅の散布図（完全に組み立てられた非収縮細胞内粒子の場合はn = 80、細胞外収縮した空のシース粒子の場合はn = 215）。各プロット内で、水平線は平均値を示し、プロットの上にも示されています。垂直の境界線は、値の分布の全範囲を示します。

70%) encode at least one eCIS. Streptomyces propagate through a complex developmental program. Germinated spores initially grow to form extensive vegetative hyphae by a combination of tip extension and branching15. Upon nutrient deprivation or stress, programmed developmental and morphological changes result in the formation of aerial hyphae and subsequent formation of spores. This developmental switch is accompanied by a large shift in gene expression and the onset of secondary metabolite production, many of which are antibiotics16,17./p>80%) of Streptomyces species including Sco encode a type IId eCIS, as has been previously noted3; thus, we assume that any conserved eCIS function must be performed by this type./p>