ボルデテラ百日咳菌のアセチロムは、リジン脱アセチラーゼBkd1によって形成されている

Bordetella pertussis acetylome is shaped by the lysine deacetylase Bkd1.

• Jakub Novak
• Ivo Fabrik
• David Jurnecka
• Jana Holubova
• Ondrej Stanek
• Peter Sebo

抄録

タンパク質の翻訳後修飾は、変化した成長条件やストレスに対する細胞の迅速な生理学的適応を可能にします。タンパク質のリン酸化とは別に、リジン残基のε-アミノ基のアセチル化（N-ε-リジンアセチル化）は、タンパク質のもう一つの重要な翻訳後修飾である。百日咳の病原体である百日咳菌を含む多くの細菌性病原体では、タンパク質のアセチル化の役割と範囲はまだ定義されていません。我々は、百日咳菌の2つの脱アセチラーゼをコードするBP0960とBP3063遺伝子を大腸菌で発現させ、BP0960がBkd1というリジン脱アセチラーゼ酵素をコードし、百日咳菌のタンパク質のアセチル化を制御していることを示した。Bkd1変異体のプロテオームおよびアセチロームと野生型B.百日咳（PRIDE ID. PXD016384）のプロテオームおよびアセチロームを比較したところ、リジン残基のアセチル化が細菌代謝に関与するタンパク質やヒストン様タンパク質の活性や安定性を調節していることが明らかになった。しかし、B. pertussis master virulence-regulating BvgAS 2-component systemのBvgA response regulator proteinのアセチル化の増加は、産生されるBvgAの総量も、そのリン酸化状態も影響しなかった。実際、bkd1変異体は、主要なウイルス性因子の産生に障害を受けず、インビトロでのヒトマクロファージ内での生存も影響を受けなかった。また、bkd1変異体は炭素源制限条件下での成長率の増加を示し、in vivoマウス肺感染モデルでの病原性は多少影響を受けた。これらの結果は、リジン脱アセチル化酵素Bkd1とN-ε-リジンのアセチル化が、百日咳菌の病原性よりも一般的な代謝を主に調節していることを示している。

Post-translational modifications of proteins enable swift physiological adaptation of cells to altered growth conditions and stress. Aside from protein phosphorylation, acetylation on ε-amino groups of lysine residues (N-ε-lysine acetylation) represents another important post-translational modification of proteins. For many bacterial pathogens, including the whooping cough agent Bordetella pertussis, the role and extent of protein acetylation remains to be defined. We expressed in E. coli the BP0960 and BP3063 genes encoding two putative deacetylases of B. pertussis and show that BP0960 encodes a lysine deacetylase enzyme, named Bkd1, that regulates acetylation of a range of B. pertussis proteins. Comparison of the proteome and acetylome of a bkd1 mutant with the proteome and acetylome of wild-type B. pertussis (PRIDE ID. PXD016384) revealed that acetylation on lysine residues may modulate activities or stabilities of proteins involved in bacterial metabolism and histone-like proteins. However, increased acetylation of the BvgA response regulator protein of the B. pertussis master virulence-regulating BvgAS two-component system affected neither the total levels of produced BvgA, nor its phosphorylation status. Indeed, the bkd1 mutant was not impaired in production of key virulence factors and its survival within human macrophages in vitro was not affected. The bkd1 mutant exhibited an increased growth rate under carbon source-limiting conditions and its virulence in the in vivo mouse lung infection model was somewhat affected. These results indicate that the lysine deacetylase Bkd1 and the N-ε-lysine acetylation primarily modulate the general metabolism rather than virulence of B. pertussis.