Les translocases d'undécaprényle phosphate confèrent une aptitude microbienne conditionnelle

Nature volume 613, pages 721-728 (2023)Citer cet article

8332 Accès

10 citations

81 Altmétrique

Détails des métriques

La paroi cellulaire microbienne est essentielle au maintien de la forme cellulaire et à la résistance aux facteurs de stress externes1. Le principal composant structurel de la paroi cellulaire est le peptidoglycane, un glycopolymère avec des réticulations peptidiques situées à l’extérieur de la membrane cellulaire1. La biosynthèse et la structure des peptidoglycanes réagissent aux conditions environnementales changeantes telles que le pH et la salinité2,3,4,5,6, mais les mécanismes qui sous-tendent ces adaptations ne sont pas complètement compris. Les précurseurs du peptidoglycane et d'autres glycopolymères de surface cellulaire sont synthétisés dans le cytoplasme, puis délivrés à travers la membrane cellulaire liés au support lipidique recyclable, l'undécaprényle phosphate7 (C55-P, également connu sous le nom d'UndP). Nous identifions ici les familles de protéines transmembranaires contenant DUF368 et DedA en tant que translocases C55-P candidates, comblant ainsi une lacune critique dans la connaissance des protéines nécessaires à la biogenèse des polymères de surface des cellules microbiennes. Les bactéries Gram-négatives et Gram-positives dépourvues de leur protéine apparentée contenant DUF368 présentaient des défauts de paroi cellulaire et de viabilité alcalino-dépendants, ainsi qu'une augmentation des niveaux de C55-P à la surface cellulaire. Les interactions génétiques synthétiques dépendantes du pH entre les protéines contenant DUF368 et les membres de la famille DedA suggèrent que l'utilisation du transporteur C55-P est dynamique et modulée par les apports environnementaux. L’activité du transporteur C55-P était requise par l’agent pathogène du choléra pour la croissance et le maintien de la forme des cellules dans l’intestin. Nous proposons que la dépendance conditionnelle aux transporteurs assure la résilience dans le recyclage des transporteurs lipidiques, renforçant ainsi la condition physique microbienne à la fois à l’intérieur et à l’extérieur de l’hôte.

Les lipides undécaprényles phosphorylés (C55) jouent un rôle essentiel en tant que molécules porteuses recyclables dans la biogenèse des glycopolymères de surface des cellules microbiennes7. Au cours de la biosynthèse du peptidoglycane, les sous-unités pentapeptidiques du peptidoglycane liées au sucre qui sont assemblées dans le cytoplasme bactérien sont liées de manière covalente au C55-P pour le transport transmembranaire7 (Fig. 1a). Une fois que le précurseur du peptidoglycane lié au support (lipide II) est déplacé du feuillet interne vers le feuillet externe de la membrane par MurJ8, l'incorporation ultérieure du muropeptide dans le peptidoglycane polymérisé laisse derrière lui le pyrophosphate C55 (C55-PP). Le recyclage des porteurs est initié par l'hydrolyse du C55-PP en C55-P par des phosphatases associées à la membrane, notamment UppP (également connue sous le nom de BacA) et les protéines du domaine PAP2, PgpB, YbjG et LpxT7. Ensuite, le C55-P est probablement renvoyé dans la face cytosolique de la membrane pour terminer le recyclage. Des études structurelles préliminaires ont proposé qu'UppP puisse également fonctionner comme une translocase C55-P9,10, mais la ou les protéines responsables de l'internalisation du C55-P n'ont pas encore été identifiées. Le recyclage du C55-P est une étape clé dans la biosynthèse du peptidoglycane ainsi que d'autres glycopolymères de surface cellulaire, notamment les acides teichoïques de paroi, certaines modifications lipopolysaccharides et les capsules7. Compte tenu de son rôle vaste et critique dans le maintien de la surface cellulaire, le recyclage du C55-P est considéré comme une cible importante pour les thérapies antimicrobiennes, et des antibiotiques naturels qui inhibent ce processus ont été identifiés11.

a, Utilisation et recyclage du C55-P dans les bactéries. Les sites d'action antibiotique pertinents pour la figure 3 sont indiqués par des barres rouges. Les flèches pointillées représentent plusieurs étapes enzymatiques et/ou de transport. L'hexagone gris représente les sucres variables liés au C55-P pour l'assemblage du glycopolymère en aval. LPS, lipopolysaccharide ; PG, peptidoglycane. b, Conservation de DUF368 dans des phylums bactériens sélectionnés (verticaux) et des genres (italique). Les segments colorés et les étiquettes associées désignent des phylums sélectionnés avec une conservation substantielle de DUF368. La fraction de génomes de clade uniques séquencés codant pour une protéine contenant DUF368 est indiquée. c, d, structures prédites de ruban (c) et de surface électrostatique colorée (d) de VCA0040. Échelle de couleurs, −10 à 10 kcal (mol e−). e, f, croissance (e) et morphologie (f) de V. cholerae de type sauvage (WT), Δvca0040 et Δvca0040 + vca0040 (complément chromosomique) dans un milieu LB. g, pH moyen des cultures LB de V. cholerae pendant la nuit. h, croissance de V. cholerae dans un milieu M9 tamponné au pH indiqué. i, Les effets du surnageant épuisé tamponné (milieu acellulaire après 24 h de croissance à 30 ° C à partir d'une culture 1: 1 000) sur la morphologie de V. cholerae en phase logarithmique. j, Les effets du pH sur la croissance de V. cholerae (en haut) et la morphologie (en bas) pendant la phase log dans un milieu LB tamponné avec 50 mM de Na2HPO4. NB, milieu non tamponné. e,g,h, Les données sont moyennes ± écart-type à partir de n = 3 cultures par souche ou condition. f,i,j, Images représentatives de n = 3 cultures par souche ou condition. Barres d'échelle, 3 μm (f) et 5 μm (i, j).