細菌における脂肪酸とリン脂質合成のカップリングをFapR制御で再検討する

Revisiting the coupling of fatty acid to phospholipid synthesis in bacteria with FapR regulation.

• Federico Machinandiarena
• Leandro Nakamatsu
• Gustavo E Schujman
• Diego de Mendoza
• Daniela Albanesi

抄録

膜バイオジェネシスにおける重要な側面は、脂肪酸とリン脂質合成速度の協調である。ほとんどの細菌において、PlsXは、すべてのリン脂質の共通の前駆体であるホスファチジン酸合成経路の最初の酵素である。これまで私たちは、PlsXが枯草菌における脂肪酸合成酵素IIとリン脂質合成を同期させる重要な制御点であることを提案してきました。しかし、グラム陽性菌では、このような協調機構の基盤を理解することは課題でした。本研究では、PlsX 枯渇による脂肪酸合成とリン脂質合成の阻害が、脂肪酸合成酵素 II の最終生成物である長鎖アシル-ACP の蓄積につながることを明らかにした。細胞質チオエステラーゼの異種発現によるアシル-ACPプールの加水分解により脂肪酸合成の阻害が緩和され、アシル-ACPがこの代謝経路のフィードバック阻害剤であることが示された。予期せぬことに、PlsXの不活性化によりマロニル-CoAが大きく増加し、fapレギュロンが誘導されることがわかった。この発見は、枯草菌で提案され、他のグラム陽性菌にも拡大された、アシル-ACPがアセチル-CoAカルボキシラーゼのフィードバック阻害剤であるという仮説を覆すものである。最後に、リン脂質合成の阻害中にマロニル-CoAを継続的に産生することは、FapR制御を持つ細菌のリン脂質と脂肪酸産生の間の結合を微調整するための追加のメカニズムを提供することを提案する。

A key aspect in membrane biogenesis is the coordination of fatty acid to phospholipid synthesis rates. In most bacteria, PlsX is the first enzyme of the phosphatidic acid synthesis pathway, the common precursor of all phospholipids. Previously, we proposed that PlsX is a key regulatory point that synchronizes the fatty acid synthase II with phospholipid synthesis in Bacillus subtilis. However, understanding the basis of such coordination mechanism remained a challenge in Gram-positive bacteria. Here, we show that the inhibition of fatty acid and phospholipid synthesis caused by PlsX depletion leads to the accumulation of long-chain acyl-ACPs, the end products of the fatty acid synthase II. Hydrolysis of the acyl-ACP pool by heterologous expression of a cytosolic thioesterase relieves the inhibition of fatty acid synthesis, indicating that acyl-ACPs are feedback inhibitors of this metabolic route. Unexpectedly, inactivation of PlsX triggers a large increase of malonyl-CoA leading to induction of the fap regulon. This finding discards the hypothesis, proposed for B. subtilis and extended to other Gram-positive bacteria, that acyl-ACPs are feedback inhibitors of the acetyl-CoA carboxylase. Finally, we propose that the continuous production of malonyl-CoA during phospholipid synthesis inhibition provides an additional mechanism for fine-tuning the coupling between phospholipid and fatty acid production in bacteria with FapR regulation.

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