(p)ppGpp結合GTPase Eraが黄色ブドウ球菌のrRNA処理と寒冷適応を促進することを明らかにした

The (p)ppGpp-binding GTPase Era promotes rRNA processing and cold adaptation in Staphylococcus aureus.

• Alison Wood
• Sophie E Irving
• Daniel J Bennison
• Rebecca M Corrigan

抄録

リボソームアセンブリーのコファクターは、生命のすべての領域で広く保存されています。このようなグループの一つであるリボソーム関連GTPase（RA-GTPase）は、リボソームアセンブリを調整するための分子スイッチとして機能している。私たちは、黄色ブドウ球菌のRA-GTPase Eraを、厳格な応答を示すアラームーン(p)ppGppの標的として同定しました。Eraは細菌界全体で高度に保存されており、多くの細菌種で必須であるが、リボソーム構築におけるEraの機能は不明である。ここでは、黄色ブドウ球菌ではEraは必須ではないが、30Sリボソームサブユニットの組み立てには重要であることを示した。また、Eraは16S rRNAエンドヌクレアーゼYbeYやDEAD-box RNAヘリカーゼCshAと相互作用していることを明らかにした。その結果、EraとCshAの両方が、最適でない温度での成長とrRNAの処理に必要であることが明らかになった。また、EraとCshAは(p)ppGpp合成酵素RelSauと直接相互作用し、RelSauはEraのGTPase活性にはプラスの影響を与え、CshAのヘリカーゼ活性にはマイナスの影響を与えている。我々は、EraがGTP結合型では、リボソーム上でハブタンパク質として働き、rRNAの処理・分解やリボソームサブユニットの組み立てに関わる酵素を作用部位に誘導していることを示唆している。この活性は、ストリンジェント応答の複数の構成要素によって阻害され、このストレス応答経路と同義の成長遅延表現型に寄与している。

Ribosome assembly cofactors are widely conserved across all domains of life. One such group, the ribosome-associated GTPases (RA-GTPase), act as molecular switches to coordinate ribosome assembly. We previously identified the Staphylococcus aureus RA-GTPase Era as a target for the stringent response alarmone (p)ppGpp, with binding leading to inhibition of GTPase activity. Era is highly conserved throughout the bacterial kingdom and is essential in many species, although the function of Era in ribosome assembly is unclear. Here we show that Era is not essential in S. aureus but is important for 30S ribosomal subunit assembly. Protein interaction studies reveal that Era interacts with the 16S rRNA endonuclease YbeY and the DEAD-box RNA helicase CshA. We determine that both Era and CshA are required for growth at suboptimal temperatures and rRNA processing. Era and CshA also form direct interactions with the (p)ppGpp synthetase RelSau, with RelSau positively impacting the GTPase activity of Era but negatively affecting the helicase activity of CshA. We propose that in its GTP-bound form, Era acts as a hub protein on the ribosome to direct enzymes involved in rRNA processing/degradation and ribosome subunit assembly to their site of action. This activity is impeded by multiple components of the stringent response, contributing to the slowed growth phenotype synonymous with this stress response pathway.