DipM контролирует несколько аутолизинов и опосредует регуляторную петлю обратной связи, способствующую сужению клеток у Caulobacter crescentus.

Nature Communications, том 14, номер статьи: 4095 (2023) Цитировать эту статью

1753 Доступа

83 Альтметрика

Подробности о метриках

Белки с каталитически неактивным эндопептидазным доменом типа LytM являются важными регуляторами ферментов, разрушающих клеточную стенку у бактерий. Здесь мы изучаем их представителя DipM, фактор, способствующий делению клеток Caulobacter crescentus. Мы показываем, что домен LytM DipM взаимодействует с несколькими аутолизинами, включая растворимые литические трансгликозилазы SdpA и SdpB, амидазу AmiC и предполагаемую карбоксипептидазу CrbA, и стимулирует активность SdpA и AmiC. В его кристаллической структуре обнаруживается консервативная бороздка, которая, по прогнозам модельных исследований, представляет собой место стыковки аутолизинов. Мутации в этой бороздке действительно отменяют функцию DipM in vivo и его взаимодействие с AmiC и SdpA in vitro. Примечательно, что DipM и его мишени SdpA и SdpB стимулируют рекрутирование друг друга в средние клетки, устанавливая самоподкрепляющийся цикл, который постепенно увеличивает аутолитическую активность по мере прогрессирования цитокинеза. Таким образом, DipM координирует различные пути ремоделирования пептидогликана, чтобы обеспечить правильное сжатие клеток и разделение дочерних клеток.

В ходе эволюции клетки выработали множество стратегий укрепления своей оболочки, чтобы сделать ее устойчивой к внутреннему осмотическому давлению. Большинство видов бактерий синтезируют полужесткую клеточную стенку, окружающую цитоплазматическую мембрану, которая принимает на себя часть натяжения и, кроме того, придает клеткам форму. Центральным компонентом бактериальной клеточной стенки является пептидогликан (PG)1,2, гетерополимер, состоящий из гликановых нитей чередующихся единиц N-ацетилглюкозамина (NAG) и N-ацетилмурамовой кислоты (NAM), которые ковалентно сшиты короткими пептидными мостиками3. Сеть PG представляет собой одну большую макромолекулу, так называемый саккулюс, который необходимо постоянно ремоделировать, чтобы обеспечить рост клеток, морфогенез и деление клеток. Этот процесс требует расщепления связей внутри саккулюса литическими ферментами, также известными как аутолизины, и последующего внедрения нового материала клеточной стенки с помощью PG-синтаз. Активность этих двух антагонистических групп белков должна быть тесно скоординирована, чтобы предотвратить появление слабых мест в слое PG, которые приводят к лизису клеток4.

Аутолизины представляют собой гетерогенную группу ферментов, которые классифицируются в зависимости от связи, которую они разрывают в молекуле ПГ. Гликозидазы и литические трансгликозилазы (LT) расщепляют связи между сахарными единицами гликановых цепей5. Примечательно, что реакция, опосредованная LT, приводит к образованию 1,6-ангидро-NAM, который у некоторых видов действует как сигнальная молекула, указывающая на стресс от β-лактамного антибиотика6. N-ацетилмурамил-L-аланинамидазы (PG-амидазы) гидролизуют связь между остатком L-аланина пептида и лактильными фрагментами NAM, образуя обнаженные гликановые цепи. Было обнаружено, что они необходимы для разделения дочерних клеток у различных представителей гаммапротеобактерий и фирмикутов7,8,9,10. Наконец, эндопептидазы разрывают различные связи в пептидных фрагментах, способствуя включению и ремоделированию PG11,12,13,14. В общем, отдельные аутолизины редко бывают необходимы. Однако у многих бактерий комбинированная инактивация нескольких аутолизинов может вызывать сильные морфологические и/или синтетические летальные фенотипы13,15,16,17,18.

Считается, что координация литических и синтетических ферментов достигается путем их сборки в мультибелковые комплексы4,19,20. Одним из таких комплексов является дивисома, которая осуществляет деление клеток у большинства бактерий20,21. Его сборка обычно начинается с полимеризации гомолога тубулина FtsZ в динамическую кольцевую структуру в будущем сайте деления22,23. Это так называемое Z-кольцо затем рекрутирует, прямо или косвенно, все другие компоненты дивисомы, включая PG-синтазы, аутолизины и регуляторные белки24,25. Скоординированная активность этих факторов постепенно реконструирует слой PG в месте деления, сжимая и, в конечном итоге, расщепляя саккулюс, чтобы обеспечить высвобождение зарождающихся дочерних клеток.