Streptomyces coelicolor의 발달 조절 세포 사멸에는 수축성 주입 시스템이 필요합니다.

Nature Communications 14권, 기사 번호: 1469(2023) 이 기사 인용

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다양한 박테리아 종은 세포외 수축성 주입 시스템(eCIS)을 생성합니다. 수축성 파지 꼬리와 밀접하게 관련되어 있지만 eCIS는 진핵 세포에 독성 단백질을 주입할 수 있습니다. 따라서 이러한 시스템은 일반적으로 박테리아 생물학의 다른 측면에 중심이 아닌 세포독성 방어 메커니즘으로 간주됩니다. 여기에서는 eCIS가 박테리아 Streptomyces coelicolor의 복잡한 발달 과정에 참여하는 것으로 보인다는 증거를 제공합니다. 특히, 우리는 S. coelicolor가 정상적인 성장 주기 동안 eCIS 입자를 생성하고 기능성 eCIS 입자가 부족한 균주는 발달 프로그램에서 뚜렷한 변화를 나타냄을 보여줍니다. 또한 eCIS가 결핍된 돌연변이는 액체 배지에서 성장하는 동안 세포 사멸 수준이 감소하고 형태가 변경됩니다. 우리의 결과는 S. coelicolor에서 eCIS의 주요 역할이 다른 종을 공격하기보다는 공중 균사 형성 및 포자 형성으로 이어지는 발달 스위치를 조절하는 것임을 시사합니다.

많은 종류의 박테리아가 세포외 수축성 주입 시스템(eCIS)1,2,3을 암호화합니다. eCIS는 수축성 꼬리가 있는 박테리오파지(파지) 꼬리와 밀접한 관련이 있습니다. 꼬리와 마찬가지로 바닥판에 부착된 긴 튜브로 구성됩니다(그림 1a). eCIS 꼬리 유사 구조를 구성하는 단백질은 파지 단백질과 순서가 유사합니다. 그러나 eCIS를 인코딩하는 게놈 영역은 기능이 알려지지 않은 AAA + ATPase와 Pvc16_N(PF14065) Pfam 계열4,5의 구성원인 꼬리 종결자 단백질(TR)을 변함없이 인코딩함으로써 파지 꼬리 영역과 구별됩니다. 그들은 또한 종종 인식 가능한 독소 단백질을 암호화합니다2,6,7. 특성화된 기능을 가진 모든 eCIS는 박테리아와 진핵 세포 사이의 상호 작용을 중재합니다. Serratia 및 Photorhabdus 종은 각각 Anti-feeding prophages(Afp) 및 Photorhabdus Virulence Cassettes(PVC)로 알려진 eCIS 구조를 방출하여 곤충 세포의 사멸을 중재합니다8,9. 이러한 살해는 eCIS 오페론 하류에 암호화된 살충 독소 주입을 통해 발생합니다8,9,10. MAC(변태 관련 수축 구조)는 해양 박테리아인 Pseudoalteromonas luteoviolacea에 의해 생성되는 별개의 eCIS이며, 상호 상호 작용에서 서관벌레 Hydroides elegans의 형태 형성에 필요합니다. 여러 다른 eCIS의 구조가 자세히 조사되었지만 해당 기능은 결정되지 않았습니다.

eCIS 입자의 개략도. 다이어그램은 eCIS 꼬리의 보존된 핵심 구조 구성 요소를 보여줍니다. 단백질은 약어로 표시됩니다(TR = 꼬리 종결자, TT = 꼬리 튜브, TS = 꼬리 칼집, BH1, BH2 = 베이스플레이트 허브 구성 요소, BW1, BW2, BW3 = 베이스플레이트 웨지 구성 요소, BS = 꼬리 스파이크). b, Streptomyces coelicolor(Sco)의 eCIS 클러스터의 도식적 표현. 열린 판독 프레임과 그 전사 방향은 블록 화살표로 표시되며 축척에 맞게 그려집니다. 유전자 이름은 sco4242-sco4263에 걸쳐 클러스터의 첫 번째 및 마지막 유전자 아래에 표시됩니다. 인코딩된 eCIS 기능은 각 ORF 위에 약어로 표시됩니다. 다른 출판물에서 사용되는 Afp eCIS 주석은 화살표 안에 표시됩니다(Afp1-1619). 두 개의 서로 다른 프로모터 영역은 빨간색 블록으로 표시됩니다. 정방향 및 역방향 전사 방향은 클러스터 위의 파란색 화살표로 표시됩니다. c, eCIS는 방법에 설명된 대로 72시간 동안 액체 YEME 배지에서 성장한 Sco의 용해물로부터 정제되었습니다. 정제된 제제를 원래 배양 농도의 30배로 농축했습니다. 투과 전자 이미지는 100,000X 배율로 수집되었습니다. 흰색 화살촉은 완전히 조립된 eCIS와 함께 제공되는 빈 외장을 가리킵니다. d 수축되지 않은 확장 형태의 단일 조립된 eCIS 입자가 표시됩니다. 흰색 화살표는 베이스플레이트를 가리키고 검은색 화살표는 테일 터미네이터 콤플렉스를 나타냅니다. e 패널 (c)에 설명된 대로 성장한 무세포 배양 배지의 입자를 초원심분리하고 원래 샘플 농도의 30배로 농축했습니다. 80,000X 배율로 수집된 이미지. 흰색 화살표는 전형적인 비어 있고 수축된 꼬리 껍질 입자를 나타냅니다. 스케일 바 = 100nm. f (c-e)에 설명된 eCIS 유래 입자의 길이와 너비에 대한 산점도(완전히 조립된 비수축 세포내 입자의 경우 n = 80, 세포외 수축 빈 외피 입자의 경우 n = 215). 각 플롯 내에서 수평선은 평균값을 나타내며 플롯 위에도 표시됩니다. 수직 테두리는 가치 분포의 전체 범위를 나타냅니다.

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>