Геном
Nature Communications, том 13, номер статьи: 7962 (2022) Цитировать эту статью
3721 Доступов
2 цитаты
19 Альтметрика
Подробности о метриках
d,d-транспептидазная активность пенициллинсвязывающих белков (PBP) является хорошо известной основной мишенью β-лактамных антибиотиков, которые блокируют полимеризацию пептидогликана. Уничтожение бактерий, вызванное β-лактамами, включает в себя сложные последующие реакции, причины и последствия которых трудно устранить. Здесь мы используем функциональную замену PBP на β-лактам-нечувствительную 1,d-транспептидазу для идентификации генов, необходимых для смягчения эффектов инактивации PBP β-лактамами в активно делящихся бактериях. Функции 179 условно незаменимых генов, идентифицированных с помощью этого подхода, выходят далеко за рамки 1,d-транспептидазы, партнеров по полимеризации пептидогликана, и включают белки, участвующие в реакции на стресс и в сборке полимеров внешней мембраны. Неожиданные эффекты β-лактамов включают потерю опосредованной липопротеинами ковалентной связи, которая связывает внешнюю мембрану с пептидогликаном, дестабилизацию клеточной оболочки, несмотря на эффективное сшивание пептидогликана, и повышенную проницаемость внешней мембраны. Последний эффект указывает на то, что механизм действия β-лактамов включает самопроизвольное проникновение через внешнюю мембрану.
Грамотрицательные бактерии, такие как Escherichia coli, обладают многослойной оболочкой, которая поддерживает тургорное давление цитоплазмы (пептидогликан клеточной стенки) и действует как селективный химический барьер для питательных веществ, отходов и токсичных соединений (внутренние и внешние мембраны) (рис. 1а)1. Несколько полимеров, содержащих белковые, пептидные, гликановые и липидные фрагменты, обеспечивают механические свойства и транспортные функции оболочки. Пептидогликан (ПГ), который ковалентно связан с внешней мембраной через липопротеин Брауна, представляет собой гигантскую сетчатую макромолекулу (около 109 Да), полимеризованную из дисахаридно-пентапептидного звена (рис. 1б). Гликозилтрансферазы катализируют образование β-1,4-гликозидных связей между дисахаридами с образованием гликановых цепей, которые впоследствии сшиваются друг с другом транспептидазами (рис. 1в). Последние ферменты, d,d-транспептидазы, также называются пенициллинсвязывающими белками (PBP), поскольку они являются основными мишенями β-лактамных антибиотиков. При полимеризации пептидогликана PBP взаимодействуют с концом d-Ala4-d-Ala5 пентапептидного стебля (отсюда и обозначение d,d) и образуют ковалентную связь между d-Ala4 и остатком Ser в их активном центре с одновременным высвобождением d. -Ала5. На следующем этапе полученный ацил-фермент реагирует со вторым субстратом, чаще всего тетрапептидным стеблем, с образованием 4 → 3 сшитого димера Тетра-Тетра с одновременным высвобождением PBP (рис. 1c; дополнительный рис. С1а)2. В сотрудничестве с каркасными белками и эндопептидазами d,d-транспептидазы опосредуют вставку гликановых нитей в расширяющуюся сетчатую макромолекулу PG, тем самым определяя форму бактерии и обеспечивая механический барьер против осмотического давления цитоплазмы в течение всей клетки. цикл3,4,5,6,7.
а Оболочка состоит из внутренней (IM, серая) и внешней (OM, черная) оболочек. Пептидогликан (ПГ, синий) обеспечивает осмотическую защиту бактериальной клетки. ИМ представляет собой липидный бислой, состоящий в основном из фосфолипидов (ФЛ). OM представляет собой асимметричный липидный бислой: внутренний листок состоит из PL, а внешний листок — из липополисахаридов (LPS) и фосфатидилглицеридов, замещенных общим энтеробактериальным антигеном (ECAPGL). б Структура субъединицы PG (GlcNAc, N-ацетилглюкозамин; MurNAc, N-ацетилмурамовая кислота). в PG представляет собой сетчатую макромолекулу, состоящую из гликановых цепей (сине-фиолетовые многоугольники), сшитых между собой короткими пептидными стеблями (цветные кружки). PBP катализируют образование 4 → 3 поперечных связей, соединяющих 4-е положение ацильного донорного стебля с 3-м положением акцептора. Два члена семейства LDT (YcbB и YnhG) катализируют образование поперечных связей 3 → 3. Три LDT (ErfK, YbiS и YcfS) закрепляют липопротеин Брауна (Lpp) на PG. Связывание DAP в 3-м положении донорского стебля PG с конечностью Arg-Lys Lpp обеспечивает ковалентную связь между OM и PG. Звено PG-Lpp гидролизуется ЯфК ЛДТ46,47. г профиль rpHPLC муропептидов из штамма BW25113(ycbB, relA'), выращенного без цефтриаксона. О структуре судят по фрагментам, полученным расщеплением ПГ мурамидазами, расщепляющими связь MurNAc-GlcNAc β-1,4. e Структура муропептидов установлена на основе масс-спектрометрического анализа. Исходные данные предоставляются в виде файла исходных данных.