水平遺伝子導入によって獲得された二成分系は、環状二量体GMPを介して遺伝子導入と運動性を調節する

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J. Mol. Biol..2020 Jul;S0022-2836(20)30435-6. doi: 10.1016/j.jmb.2020.07.001.Epub 2020-07-04.

水平遺伝子導入によって獲得された二成分系は、環状二量体GMPを介して遺伝子導入と運動性を調節する

A Two-Component System Acquired by Horizontal Gene Transfer Modulates Gene Transfer and Motility via Cyclic Dimeric GMP.

Purvikalyan Pallegar
Marta Canuti
Evan Langille
Lourdes Peña-Castillo
Andrew S Lang

PMID: 32634380 DOI: 10.1016/j.jmb.2020.07.001.

抄録

ビス-(3'-5')-環状二量体グアノシン一リン酸(c-di-GMP)は、細菌の多様な生理的プロセスに影響を与える重要な細胞内シグナル伝達分子である。c-di-GMPの細胞内レベルは、それぞれc-di-GMPを合成・分解するジグアニル酸シクラーゼ(DGC)とホスホジエステラーゼ(PDE)酵素として作用するタンパク質によって制御されている。アルファプロテオバクテリウム属のRhodobacter capsulatusでは、鞭毛の運動性と遺伝子導入剤RcGTAの産生による遺伝子交換がc-di-GMPによって制御されている。この制御に関与するR. capsulatusタンパク質の一つであるRcc00620は、N末端に2成分系応答調節因子（REC）ドメイン、C末端にDDCドメインとPDEドメインを持つ。我々は、Rcc00620の酵素活性は、RECドメインのリン酸化状態によって制御されていることを示した。この系では、Rcc00620のリン酸化形態はPDE酵素として活性化され、遺伝子導入や運動性を刺激する。さらに、Rcc00620とRcc00621の遺伝子は、Rhodobacter属の中で1系統のみに存在し、遠縁のアルファプロテオバクテリウム（Sphingomonadales属）からの水平遺伝子導入により獲得されたことを発見しました。したがって、水平的に獲得された制御系が遺伝子導入先の生物の遺伝子導入を制御していると考えられる。

Bis-(3'-5')-cyclic dimeric guanosine monophosphate (c-di-GMP) is an important intracellular signaling molecule that affects diverse physiological processes in bacteria. The intracellular levels of c-di-GMP are controlled by proteins acting as diguanylate cyclase (DGC) and phosphodiesterase (PDE) enzymes that synthesize and degrade c-di-GMP, respectively. In the alphaproteobacterium Rhodobacter capsulatus, flagellar motility and gene exchange via production of the gene transfer agent RcGTA are regulated by c-di-GMP. One of the R. capsulatus proteins involved in this regulation is Rcc00620, which contains an N-terminal two-component system response regulator receiver (REC) domain and C-terminal DGC and PDE domains. We demonstrate that the enzymatic activity of Rcc00620 is regulated through the phosphorylation status of its REC domain, which is controlled by a cognate histidine kinase protein, Rcc00621. In this system, the phosphorylated form of Rcc00620 is active as a PDE enzyme and stimulates gene transfer and motility. In addition, we discovered that the rcc00620 and rcc00621 genes are present in only one lineage within the genus Rhodobacter and were acquired via horizontal gene transfer from a distantly related alphaproteobacterium in the order Sphingomonadales. Therefore, a horizontally acquired regulatory system regulates gene transfer in the recipient organism.