Caulobacter crescentusにおける細菌の細胞極安定化の喪失は、外膜ストレスとペプチドグリカン指向性抗生物質に敏感になる

Loss of Bacterial Cell Pole Stabilization in Caulobacter crescentus Sensitizes to Outer Membrane Stress and Peptidoglycan-Directed Antibiotics.

• Simon-Ulysse Vallet
• Lykke Haastrup Hansen
• Freja Cecillie Bistrup
• Signe Aagaard Laursen
• Julien Bortoli Chapalay
• Marc Chambon
• Gerardo Turcatti
• Patrick H Viollier
• Clare L Kirkpatrick

抄録

棒状細菌は、染色体の複製や極性オルガネラの発生などのプロセスを制御するために、タンパク質を片方または両方の細胞極に局在化させることが多い。しかし、細胞外刺激に対する極性因子の役割については、一般的には明らかにされていない。その結果、TipNは、通常はグラム陰性菌の増殖を阻害しないバンコマイシンを含む細胞外ストレスに対する耐性を正常に保つために必要であることが明らかになった。TipNが存在しない場合のバンコマイシン感受性の抑制因子の遺伝子スクリーニングを行ったところ、TonB依存性受容体ChvTがバンコマイシン感受性の媒介因子であることが明らかになった。ChvTの欠損は、そうでなければ感度の高いΔ株においてバンコマイシンとセフィキシムに対する耐性を改善した。ChvTを制御する二成分系（ChvIG）の活性は、この菌株が感作された細胞壁ストレス条件、特にセフィキシムと洗剤への曝露など、一部ではあるがすべてではない条件下で、Δ細胞において野生型と比較して増加した。これらの結果は、TipNが細胞内発生におけるその役割に加えて、細胞膜ストレス耐性に寄与していること、およびその損失は、細胞壁ストレスのセンサーとして共同利用されてきたChvIGの2成分系を介したシグナル伝達に影響を与えることを示している。棒状細菌の場合、細胞の極は、層の曲率が高く、細胞が分裂する際に分裂面で細胞エンベロープを破壊して再形成する必要があるため、細胞エンベロープの潜在的な弱点となっています。の正しい分裂と細胞極の発達に必要な因子である TipN は、ペプチドグリカン合成を妨げるバンコマイシンやセフィキシムのような細胞壁を標的とする抗生物質に対する耐性を正常レベルに維持するためにも必要であることを発見した。TipNは通常、細胞の極と細胞分裂が完了する直前の分裂面に位置していることから、細胞内での他の役割と同様に、細胞エンベロープのこれらの弱点の安定化にも関与していることが示唆された。

Rod-shaped bacteria frequently localize proteins to one or both cell poles in order to regulate processes such as chromosome replication or polar organelle development. However, the roles of polar factors in responses to extracellular stimuli have been generally unexplored. We employed chemical-genetic screening to probe the interaction between one such factor from , TipN, and extracellular stress and found that TipN is required for normal resistance of cell envelope-directed antibiotics, including vancomycin which does not normally inhibit growth of Gram-negative bacteria. Forward genetic screening for suppressors of vancomycin sensitivity in the absence of TipN revealed the TonB-dependent receptor ChvT as the mediator of vancomycin sensitivity. Loss of ChvT improved resistance to vancomycin and cefixime in the otherwise sensitive Δ strain. The activity of the two-component system regulating ChvT (ChvIG) was increased in Δ cells relative to the wild type under some, but not all, cell wall stress conditions that this strain was sensitized to, in particular cefixime and detergent exposure. Together, these results indicate that TipN contributes to cell envelope stress resistance in addition to its roles in intracellular development, and its loss influences signaling through the ChvIG two-component system which has been co-opted as a sensor of cell wall stress in Maintenance of an intact cell envelope is essential for free-living bacteria to protect themselves against their environment. In the case of rod-shaped bacteria, the poles of the cell are potential weak points in the cell envelope due to the high curvature of the layers and the need to break and reform the cell envelope at the division plane as the cells divide. We have found that TipN, a factor required for correct division and cell pole development in , is also needed for maintaining normal levels of resistance to cell wall-targeting antibiotics such as vancomycin and cefixime, which interfere with peptidoglycan synthesis. Since TipN is normally located at the poles of the cell and at the division plane just before cells complete division, our results suggest that it is involved in stabilization of these weak points of the cell envelope as well as its other roles inside the cell.

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