拡散性シグナル因子 (DSF) は、フレックスネリ菌の主要な病原性活性化因子である VirF に結合して抑制します。

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13170 (2023) この記事を引用

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ヒト細菌性赤ゼン症の病原体であるシゲラは、環境によって刺激される転写活性化因子のカスケードを通じて、その病原性決定因子の発現を制御します。 VirF は主要な活性化因子であり、適切な病原性発現に不可欠です。 この研究では、DSF ファミリーの 2 つの自己誘導物質、XcDSF および BDSF が VirF のゼリー ロール モジュールと相互作用し、その阻害を引き起こし、赤癬菌の病原性システム全体の発現に影響を与えることを示す in vitro および in vivo 実験について報告します。上皮細胞に侵入する能力。 我々は、XcDSF と BDSF の結合が VirF の二量体化を防ぐことによってどのように阻害されるかを説明する分子モデルを提案します。 全体として、我々の実験結果は、XcDSF と BDSF がヒトの腸内での「定着抵抗性」に寄与している可能性があること、あるいは細菌が内腔から移動して腸粘膜に近づく際に赤癬菌の病原性発現を微調整するために利用されている可能性があることを示唆しています。 私たちの発見はまた、DSF リガンドと VirF の相互作用を詳細に理解することが、赤癬を治療するための革新的な抗ウイルス薬の合理的な開発にどのように貢献する可能性があるかを強調しています。

赤癬は、世界中で年間約 1 億 2,500 万人が罹患し、約 164,000 例で致死的な結果をもたらす疾患である赤疹症の原因となる腸内病原性グラム陰性細菌です1,2。 ヒトの腸粘膜に感染するために、Shigella は特定の III 型分泌システム (T3SS) を利用し、一連の因子を宿主細胞の細胞質に注入することで細菌の侵入を促進します 3。 この T3SS のタンパク質成分をコードする遺伝子、その構築に関与する因子、および注入可能なエフェクターは、赤ワイン病原性プラスミド (pINV)4 内の大きな病原性アイランド (PAI) 様領域にクラスター化されています。 T3SS 遺伝子の発現は、カスケードの頂点に位置する AraC-XylS 転写調節因子 VirF によって引き起こされる調節カスケードによって制御されます 5,6。 VirF タンパク質は、Shigella の毒性に重要な 2 つの遺伝子、icsA および virB の転写を促進します。 IcsA タンパク質は細胞内の細菌の運動性に関与しており 7,8、VirB タンパク質は病原性システムの 2 番目の正の制御因子として機能し、赤癬調節カスケードの根底にあるレベルの発現に関与しています 9,10。 注目すべきことに、virF、virB、および icsA 遺伝子は、PAI 様領域の外側に位置する pINV プラスミド遺伝子です。 VirF は、温度、pH、浸透圧などのいくつかの環境刺激によって転写レベルで調節され、転写後レベルでは MiaA10 によって調節されます。 ごく最近、我々は、VirF の活性が脂肪酸 (FA) によっても直接制御されていることを示しました 11。 特に、ラウリン酸、カプリン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、サピエン酸などの FA は VirF に結合し、その転写促進活性を不活性化します。これは、おそらくタンパク質の構造を遊離の機能的 (「開いた」) 状態から FA 結合状態に変化させることによって行われます。 、非機能（「閉鎖」）形式。 FA が関与する同様のメカニズムは、コレラ菌の ToxT、腸毒素原性大腸菌 (ETEC) の Rns、およびサルモネラ エンテリカの HilD など、他の病原性調節因子についても以前に提案されています 12、13、14。 最近、シス-2-ヘキサデセン酸が、HilD に結合して阻害するリガンドに含まれ、S. enterica の病原性遺伝子発現に影響を与えました 14,15。 この化合物は、「拡散性シグナル因子」(DSF) と呼ばれる、グラム陰性菌によって合成される稀なクラスの FA に属します。 DSF には、13-メチルテトラデカン酸 (LeDSF) を除き、異なる鎖長と 2 位に不飽和シス結合を持つ分岐パターンを持つ FA が含まれます。 さらに、DSF は細菌のクオラムセンシング (QS) システムでシグナル伝達分子として機能し 16,17、植物や動物の病原体を含む広範囲の細菌のさまざまな機能を調節することが示されています 17,18。 DSF 分子のプロトタイプは、植物病原性細菌 Xanthomonas Campestris によって産生される cis-11-methyl-2-dodecenoic Acid (XcDSF) です 17,19。 DSF ファミリーの他の主要な、以前に特徴付けられているメンバーには、シス-2-デセン酸 (PDSF) が含まれます。 シス-2-ドデセン酸 (BDSF); シス、シス-11-メチルドデカ-2,5-ジエン酸 (CDSF); シス-10-メチル-2-ドデセン酸 (IDSF); シス-2-テトラデセン酸 (XfDSF1); およびシス-2-ヘキサデセン酸 (XfDSF2)。 DSF を合成する細菌は常に更新されるリストの一部であり、DSF 合成に重要な rpfF 遺伝子 (またはそのホモログ) の存在が特徴です 17,20。 現在までに、DFS 生産者のリストには、Xanthomonas spp.、Xylella fastidiosa、Pseudomonas aeraginosa、Stenotrophomonas maltophilia、Lysobacter enzymogenes および brunescens、Leptospirillum ferrooxydans、Burkholderia cenocepacia、および Cronobacter turicensis が含まれています17。 インシリコ予測に基づいて、フラテウリア属、ルテオバクター属、シュードザントモナス属、およびローダノバクター属に属する細菌も含めることができる17。 DSF の生成とクオラムセンシングシグナルとしての DSF の認識の両方に関与する遺伝子座は、X. カンペストリスで初めて特徴付けられており、rpfC、rpfG、rpfB、および rpfF18、21、22 の 4 つの遺伝子が含まれています。 RpfC と RpfG は 2 成分系を形成しますが、RpfB は長鎖アシル CoA 分子のリガーゼです。 RpfF はクロトナーゼ スーパーファミリーの酵素 (エノイル CoA デヒドラターゼおよびチオエステラーゼ活性) であり、脂肪酸合成の中間体であるアシル トランスポーター タンパク質 (アシル ACP) に作用して XcDSF を合成します。 細菌集団が臨界密度に達すると、XcDSF が RpfC センサーと相互作用し、RpfG 応答制御タンパク質のリン酸化を誘導します。 その加水分解活性により、リン酸化 RpfG はセカンド メッセンジャー ビス-(3'-5')-環状 GMP (c-di-GMP) を GMP に変換します。 細胞内 c-di-GMP の減少は、標的遺伝子の制御解除につながります 18。 Burkholderia cenocepacia では、DSF 分子 (BDSF) の生合成は、エノイル CoA ヒドラターゼおよびチオエステラーゼ活性を持つ二機能性酵素である RpfFBc に完全に依存しています。 この酵素は、X. カンペストリス RpfF タンパク質と顕著な配列同一性を示します。 XcDSF と BDSF は生合成経路と化学構造において高い類似性があるにもかかわらず、B. cenocepacia が BDSF を感知する機構は、細胞質受容体である RpfR タンパク質が関与しているため、X. Campestris で特徴付けられる機構とは異なります。 この酵素は、BDSF に結合すると環状ジ GMP ホスホジエステラーゼ活性を示し、細胞質 c-di-AMP の減少を引き起こします 23。 興味深いことに、この認識および制御の機構は、S. enterica の毒性の抑制を引き起こす HilD と cis-2-ヘキサデセン酸の間の相互作用によく似ています。 XcDSF、BDSF、および以前に特徴付けられたVirF活性の阻害剤であるラウリン酸（図S1）の間の高い構造類似性（図S1）を考慮して、XcDSFとBDSFがVirFタンパク質の転写促進活性を妨げることによって赤癬の病原性を阻害できるかどうかを調べました。 本研究では、インシリコ、インビトロおよびインビボ実験により、XcDSF および BDSF が VirF と直接相互作用し、virB 転写の大幅な減少をもたらし、その結果、赤癬菌の病原性システム全体の発現が妨げられ、感染症が引き起こされることを示します。宿主細胞への不十分な侵入と宿主細胞内での増殖の遅れを特徴とする欠陥のある表現型。