DipM은 여러 autolysin을 제어하고 Caulobacter crescentus의 세포 수축을 촉진하는 조절 피드백 루프를 중재합니다.

Nature Communications 14권, 기사 번호: 4095(2023) 이 기사 인용

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촉매적으로 불활성인 LytM형 엔도펩티다제 도메인을 가진 단백질은 박테리아의 세포벽 분해 효소의 중요한 조절자입니다. 여기에서는 Caulobacter crescentus의 세포 분열을 촉진하는 인자인 대표적인 DipM을 연구합니다. 우리는 DipM의 LytM 도메인이 가용성 용해성 트랜스글리코실라제인 SdpA 및 SdpB, 아미다제 AmiC 및 추정 카르복시펩티다제 CrbA를 포함한 여러 자가용해소와 상호작용하고 SdpA 및 AmiC의 활성을 자극한다는 것을 보여줍니다. 그 결정 구조는 모델링 연구에 의해 자가용해소의 도킹 사이트를 나타낼 것으로 예상되는 보존된 홈을 보여줍니다. 이 홈의 돌연변이는 실제로 생체 내 DipM의 기능과 시험관 내 AmiC 및 SdpA와의 상호 작용을 폐지합니다. 특히, DipM과 그 표적인 SdpA 및 SdpB는 서로의 중간세포 동원을 자극하여 세포질 분열이 진행됨에 따라 자가분해 활성을 점진적으로 증가시키는 자가 강화 주기를 확립합니다. 따라서 DipM은 다양한 펩티도글리칸 리모델링 경로를 조정하여 적절한 세포 수축과 딸세포 분리를 보장합니다.

진화 과정에서 세포는 내부 삼투압에 저항할 수 있도록 외피를 강화하는 여러 전략을 개발했습니다. 대부분의 박테리아 종은 장력의 일부를 견디고 세포에 모양을 부여하는 세포질막을 둘러싸는 반강성 세포벽을 합성합니다. 박테리아 세포벽의 중심 구성 요소는 짧은 펩타이드 다리에 의해 공유적으로 가교된 N-아세틸글루코사민(NAG)과 N-아세틸무라믹산(NAM) 단위가 교대하는 글리칸 가닥으로 구성된 헤테로폴리머인 펩티도글리칸(PG)입니다3. PG 메쉬워크는 세포 성장, 형태형성 및 세포 분열을 가능하게 하기 위해 지속적으로 리모델링되어야 하는 소위 삭쿨루스(sacculus)라고 불리는 하나의 큰 거대분자를 구성합니다. 이 과정에는 자가용해소라고도 알려진 용해 효소에 의한 삭쿨루스 내의 결합 절단과 PG 합성효소에 의한 새로운 세포벽 물질의 후속 삽입이 필요합니다. 이 두 길항 단백질 그룹의 활동은 세포 용해를 초래하는 PG 층의 약한 지점의 출현을 방지하기 위해 긴밀하게 조정되어야 합니다4.

자가용해소는 PG 분자에서 분해되는 결합에 따라 분류되는 이종 효소 그룹입니다. 글리코시다제와 용해성 트랜스글리코실라제(LT)는 글리칸 가닥의 당 단위 사이의 결합을 절단합니다5. 특히, LT에 의해 매개되는 반응은 1,6-anhydro-NAM을 생성하는데, 이는 일부 종에서 β-락탐 항생제 스트레스를 나타내는 신호 분자 역할을 합니다6. N-아세틸무라밀-L-알라닌 아미다제(PG 아미다제)는 펩타이드의 L-알라닌 잔기와 NAM의 락틸 부분 사이의 결합을 가수분해하여 네이키드 글리칸 가닥을 생성합니다. 그들은 감마프로테오박테리아와 페르미쿠테스7,8,9,10의 다양한 구성원에서 딸세포 분리에 필요한 것으로 밝혀졌습니다. 마지막으로, 엔도펩티다제는 펩타이드 부분의 다양한 결합을 파괴하여 PG 통합과 리모델링을 촉진합니다. 일반적으로 개별 자가용해소는 필수적인 경우가 거의 없습니다. 그러나 많은 박테리아에서 여러 자가용해소의 결합된 불활성화는 강력한 형태학적 및/또는 합성 치명적인 표현형을 유발할 수 있습니다13,15,16,17,18.

용해 및 합성 효소의 조정은 다중 단백질 복합체로 조립되어 달성되는 것으로 생각됩니다4,19,20. 이러한 복합체 중 하나는 대부분의 박테리아20,21에서 세포 분열을 수행하는 디바이솜(divisome)입니다. 그 조립은 일반적으로 미래 분할 부위에서 튜불린 동족체 FtsZ의 동적 링형 구조로의 중합으로 시작됩니다. 이 소위 Z-링은 PG 신타제, 자가용해소 및 조절 단백질을 포함한 다른 모든 이중체 구성 요소를 직접 또는 간접적으로 모집합니다24,25. 이러한 요인들의 조화로운 활동은 분열 부위의 PG 층을 점진적으로 리모델링하여 삭쿨루스를 수축시키고 궁극적으로 분할하여 초기 딸세포의 방출을 가능하게 합니다.