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バイ菌の銅防御:バッファリンの役割

研究者たちは、バイ菌が過剰な銅を扱うためにバッファリンをどう使うかを明らかにした。

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細菌が銅の毒性に立ち向かう細菌が銅の毒性に立ち向かう耐えるのを助けるんだ。バファリンはバクテリアが有害な銅の濃度に
目次

銅は多くの生物が機能するために必要な重要な元素なんだ。エネルギーの生産や細胞の健康を保つために重要な役割を果たしてる。でも、銅が多すぎると害になることもある。余分な銅はタンパク質の正常な働きを妨げて、細胞が頼ってる重要な経路に問題が起きるんだ。

銅とバクテリア

バクテリアは環境の中で銅に遭遇したり、他の生物の中に存在する銅にも直面することがある。これは銅がバクテリアを殺すために使われるから。だから、バクテリアは銅の毒性から自分を守る方法を作り出したんだ。どれだけの銅を取り入れるか調整したり、余分な銅を取り除くシステムを持ったり、銅を結合する分子やタンパク質に貯蔵したりする。これらの防御方法は、病気を引き起こすバクテリアにとって重要で、宿主の中で生き残るのを助けたり、感染を引き起こす能力を高めたりするんだ。

ボルデテラ・パートゥシスの研究

百日咳を引き起こすボルデテラ・パートゥシスというバクテリアの研究では、銅ストレスに反応するための遺伝子のセットが含まれていることがわかった。この遺伝子群は、病原性の主要な調節因子であるBvgASによって制御されてる。このクラスター内の遺伝子は、他のバクテリアに見られるものと似ていて、銅への反応が共通していることを示唆してるんだ。

ギグ様遺伝子とその謎

銅ストレスに関連する遺伝子の中には、まだ完全に理解されていないものもあるんだ。それには、特別なタイプのペプチドであるRiPPsを作るのに関与していると思われるタンパク質をコードする遺伝子が含まれている。この研究では、バクテリアが銅ストレスを管理するのを助けるこれらの遺伝子の特定のセットに焦点を当てたんだ。

バッファリンの機能

研究では、これらの遺伝子が新しいタイプのペプチドであるバッファリンを生成することが明らかになった。バッファリンは、銅に結合するのを助けるシステインというアミノ酸を含む特別な修飾を持ってるんだ。余分な銅に結合することで、バッファリンはバクテリアが有害な銅のレベルに対処できるように助けるんだ。

バッファリンの構造と遺伝子

バッファリンがどのように作られるかを理解するために、科学者たちはC. vibrioidesというバクテリアの2つの遺伝子クラスター、buf1とbuf2を調べたんだ。両方のクラスターにはバッファリンを生成するのに責任がある可能性が高い遺伝子が含まれてる。BufA1は、この遺伝子群の一部で、細胞内の正しい場所に導くためのシグナル配列を持っている。この研究では、このシグナルがなくてもバッファリンの重要な修飾が行われる可能性があることが示されたんだ。

他のタンパク質の役割

BufA1に加えて、BufB1とBufC1という2つの他のタンパク質も、修飾されたバッファリンを作るために必要な変換に重要なんだ。これらがないと、バッファリンは適切に発達せず、バクテリアは銅に対して脆弱になる。バッファリンを作る全プロセスには、正しい遺伝子発現とこれらのタンパク質の働きが含まれるんだ。

銅の影響をテストする

バッファリンが銅の存在下でのバクテリアの成長にどのように影響するかを見るために、さまざまなC. vibrioidesの株で実験が行われたんだ。発見によると、バッファリンを生成できるバクテリアは、生成できない株よりも銅にさらされたときにうまく成長することがわかった。これは、バッファリンがバクテリアがストレスの多い環境で生き残るのを助ける重要な役割を果たしていることを示してるんだ。

生物内でのバッファリンの影響

バクテリアは環境内のさまざまなストレッサーに対処しなきゃいけなくて、バッファリンが銅のような重金属によってもたらされる課題を管理するのを助けるんだ。バクテリアが銅にさらされると、バッファリンがその影響を中和するのを助けて、バクテリアが成長を続けられるようにする。バッファリンの存在は、バクテリアが毒性のある金属に対処するために複雑なシステムを進化させてきたことを示してるんだ。

化学修飾の特定

バッファリンの特定の化学変化を理解するために、科学者たちは質量分析法や核磁気共鳴(NMR)などの先進的な技術を使ってペプチドを分析したんだ。これらの技術は、バッファリン中の特定のシステイン残基が修飾を受けて、その機能に重要な特別な構造を形成することを確認するのに役立った。この修飾されたシステイン残基の存在は、バッファリンが銅に効果的に結合するために不可欠なんだ。

バッファリンと銅の結合

バッファリンが銅に結合できるので、この相互作用がどのように起こるかを見る実験も行われたんだ。バッファリンは、銅の存在下で生成されると効率的に銅に結合できることがわかった。銅の結合はバッファリンの構造を変えて、バクテリアを銅の毒性から守る役割を強化するんだ。

結論

要するに、この研究は特定のバクテリアが余分な銅の有害な影響に対抗するためにバッファリンを活用する方法を明らかにしてる。この理解は、バクテリアの生存戦略や細菌感染に対する新しい治療法の開発の可能性について新しい道を開くんだ。バッファリンが銅耐性の重要な要素であることが発見されたことで、バクテリアとその環境との複雑な関係や、厳しい条件で生き残るための進化的適応が強調されてる。

この発見は、バクテリアが金属に対処する方法についての知識を深め、似たようなメカニズムを利用する病原性バクテリアに対抗する戦略の開発にもつながるかもしれない。これらのペプチドの機能を理解することは、バクテリアの耐性に関する既存の知識を追加するだけでなく、広範な生物学的システムの中での金属結合ペプチドの潜在的な役割についての洞察も提供するんだ。

オリジナルソース

タイトル: A widespread family of ribosomal peptide metallophores involved in bacterial adaptation to copper stress

概要: Ribosomally synthesized and post-translationally modified peptides (RiPPs) are a structurally diverse group of natural products that bacteria employ in their survival strategies. Herein, we characterized the structure, the biosynthetic pathway and the mode of action of a new RiPP family called bufferins. With thousands of homologous biosynthetic gene clusters throughout the eubacterial phylogenetic tree, bufferins form by far the largest family of RiPPs modified by multinuclear non-heme iron-dependent oxidases (MNIO, DUF692 family). Using Caulobacter vibrioides bufferins as a model, we showed that the conserved Cys residues of their precursors are transformed into 5-thiooxazoles, further expanding the reaction range of MNIO enzymes. This rare modification is installed in conjunction with a partner protein of the DUF2063 family. Bufferin precursors are the first examples of bacterial RiPPs found to feature an N-terminal Sec signal peptide and thus to be exported by the ubiquitous Sec pathway, a new paradigm in the RiPP field. Other original features of bufferins are their large size and protein-like fold, which blurs the line between modified peptides and proteins. We reveal that bufferins are involved in copper homeostasis, and their metal-binding propensity requires the thiooxazole heterocycles. Bufferins enhance bacterial growth under copper stress by sequestering excess metal ions in the periplasm. Our study thus describes a large family of RiPP metallophores and unveils a widespread but overlooked metal homeostasis mechanism in eubacteria likely to be relevant to One-Health strategies. Significance statementCopper is both essential and toxic in excess. Bacteria face copper in their environments, notably in phagocytes, hence they have developed several defense mechanisms. We discovered a widespread strategy of protection from copper, through the biosynthesis of natural products that we call bufferins. Bufferins are ribosomally synthesized post-translationally modified peptides (RiPPs), natural products with key roles in bacterial physiology and ecology. Bufferins enhance bacterial growth under copper stress by complexing with the metal using thiooxazole heterocycles that result from enzymatic modification of cysteine residues. With thousands of homologs throughout the eubacterial phylogenetic tree, bufferins represent a highly prevalent strategy of adaptation to metal stress. They are larger in size than most RiPPs, expanding the concept of RiPPs to modified proteins.

著者: Francoise Jacob-Dubuisson, L. Leprevost, S. Junger, G. Lippens, C. Guillaume, G. Sicoli, L. Oliveira Correia, A. Rivera-Millot, G. Billon, C. Henry, R. Antoine, S. Zirah, S. Dubiley, Y. Li

最終更新: 2024-05-03 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.18.585515

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.18.585515.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

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