ガンマ-ブチロラクトンシステムは、二次代謝制御を理解するための新しい手がかりを明らかにする

The gamma-butyrolactone system from reveals novel clues to understand secondary metabolism control.

• Eva G Barreales
• Tamara D Payero
• Ester Jambrina
• Jesús F Aparicio

抄録

ストレプトミセスのγ-ブチロラクトン（GBL）は、抗生物質生産を誘発するノルムセンシングシグナルである。抗真菌剤フィリピンの生産者であるストレプトミセスのGBLシステムを研究してきた。GBL受容体であるフィリピンを失活させると、フィリピンの産生が著しく低下し、擬似受容体であるフィリピンを欠失させると、フィリピン生合成遺伝子の転写量が低下したり、増加したりした。特筆すべきは、いずれの変異も成長や形態学的発達に影響を与えなかったことである。フィリピン遺伝子のプロモーターには ARE(autoregulatory element)様の配列は見られず、間接的な生産制御が示唆されたが、GBLクラスターの5つの遺伝子には5つの ARE 配列が見られ、その転写は SfbR と SfbR2 の両方によって制御されていることが示されている。ｃＤＮＡ末端の５'-rapid amplificationにより転写開始点を同定し、DNase I保護試験により正確な結合領域を調べた。その結果、両調節因子の結合は標的遺伝子のプロモーター内の同じ部位で行われていた。標的プロモーターにおける保護された配列の情報量解析により、18ヌクレオチドのコンセンサスARE配列が得られた。定量的転写解析の結果、両方の調節因子は自己制御されており、残りの標的遺伝子の転写だけでなく、お互いの転写も抑制していることが明らかになった。他のGBL受容体ホモログとは異なり、SfbRは自身の転写を活性化するが、SfbR2は標準的な自己抑制プロファイルを有する。さらに、SfbR2は、そのDNA結合活性を調節する方法として抗真菌剤アンチマイシンAと結合することがここで発見された。GBLは、ノルムセンシングに依存した方法で抗生物質の産生を誘発する重要なシグナル分子である。我々は、GBLシステムの特徴を明らかにし、GBL受容体と擬似受容体という2つのキープレーヤーが、フィリピン産生を調節するために互いに転写を打ち消し合い、抗真菌産生を制御することで、フィリピン生合成遺伝子の転写に間接的な影響を与えることを発見した。さらに、両方の調節因子は同じ部位に結合し、自己調節され、GBL合成酵素を含むGBLクラスターの他の3つの遺伝子の転写を抑制する。知られているすべてのGBL受容体とは逆に、SfbRはそれ自身の合成を活性化する。さらに、この擬似受容体はアンチマイシンAの受容体であることが確認されたため、抗生物質のシグナリング効果を支持する例の数が増えた。ここに描かれた複雑な制御ネットワークは、二次代謝を支配する制御機構を理解するための重要な手がかりを提供するはずである。

Streptomyces γ-butyrolactones (GBLs) are quorum sensing communication signals triggering antibiotic production. The GBL system of , the producer of the antifungal agent filipin, has been investigated. Inactivation of , a GBL receptor, resulted in a strong decreased production of filipin while deletion of , a pseudo-receptor, boosted it, in agreement with lower or higher transcription of filipin biosynthetic genes respectively. Noteworthy, none of the mutations affected growth or morphological development. While no ARE (autoregulatory element)-like sequences were found in the promoters of filipin genes, suggesting an indirect control of production, five ARE sequences were found in five genes of the GBL cluster, whose transcription has been shown to be controlled by both SfbR and SfbR2. binding of recombinant SfbR and SfbR2 to such sequences indicated that such control is direct. Transcription start points were identified by 5'-rapid amplification of cDNA ends, and precise binding regions were investigated by DNase I protection studies. Binding of both regulators took place in the promoter of target genes and at the same sites. Information content analysis of protected sequences in target promoters yielded an 18-nucleotide consensus ARE sequence. Quantitative transcriptional analyses revealed that both regulators are self-regulated and repress each other transcription as well as that of the remaining target genes. Unlike other GBL receptor homologues, SfbR activates its own transcription, while SfbR2 has a canonical auto-repression profile. Additionally, SfbR2 was found here to bind antifungal antimycin A as a way to modulate its DNA-binding activity. GBLs are important signalling molecules triggering antibiotic production in a quorum sensing dependent manner. We have characterized the GBL system from , finding that two key players of this system, the GBL receptor and the pseudo-receptor, counteract each other transcription for the modulation of filipin production, and that such control over antifungal production involves an indirect effect on the transcription of filipin biosynthetic genes. Additionally, both regulators bind the same sites, are self-regulated and repress the transcription of three other genes of the GBL cluster, including that of the GBL synthase. Contrary to all the GBL receptors known, SfbR activates its own synthesis. Moreover, the pseudo-receptor was identified as the receptor of antimycin A, thus extending the number of examples supporting the signalling effects of antibiotics in The intricate regulatory network depicted here should provide important clues to understand the regulatory mechanism governing secondary metabolism.

Copyright © 2020 Barreales et al.