Functional analysis of LCP-LytR_C-domain proteins in c-di-AMP signalling and cell differentiation in Streptomyces

Die Zellhülle Gram-positiver Bakterien besteht aus Peptidoglykan, das kovalent an Glykopolymere gebunden ist, und ist entscheidend für die Integrität, Form und Vitalität der Zelle. Das im Boden lebende Bakterium Streptomyces stellt ein wichtiges Paradigma in der Biotechnologie und Pharmazie dar, da es in der Lage ist, eine Reihe von Sekundärmetaboliten zu produzieren, und einen komplexen Lebenszyklus aufweist, der von mehrzelligen, fadenförmigen, vegetativen Myzelien zu einzelligen Sporen übergeht. Für ihr Wachstum strecken sich Streptomyces durch apikale Spitzenverlängerung und hyphale Verzweigung, was die Lokalisierung und den Aufbau von Zellwandmaschinen an den wachsenden Spitzen erfordert. Wir haben nur begrenzte Kenntnisse über ihre Zellwandbiogenese, Zusammensetzung und Funktionen. In ihrer natürlichen Umgebung sind Streptomyceten häufig osmotischem Stress ausgesetzt, der durch Regenfälle oder Trockenheit verursacht wird. Um solchen Herausforderungen standzuhalten, nutzen sie den Nukleotid-Sekundär-Botenstoff c-di-AMP, der ein bekannter Regulator der Ionen- und Osmolyt-Homöostase in Bakterien ist und von der Diadenylatcyclase DisA in Streptomyces produziert wird. Ein Anstieg von c-di-AMP bei Inaktivierung der Phosphodiesterase ataC beeinträchtigt das Wachstum und die Differenzierung der Bakterien. Die molekularen Mechanismen hinter diesen physiologischen Effekten sind nicht bekannt. Ziel dieser Studie war es daher, die genetischen Signalwege zu identifizieren, die direkt oder indirekt durch c-di-AMP in Streptomyces reguliert werden. In dieser Studie identifizierte und charakterisierte ich das LCP-LytR_C-Domänenprotein CglA (Vnz_13690) als eine wichtige Zellhülle Glykopolymerligase in S. venezuelae. Von den vier für die LCP-LytR_C-Domäne kodierenden Proteinen führt nur die Deletion von CglA zu Entwicklungs- und Sporulationsdefekten. CglA ist spezifisch in den Biosynthesezonen der Zellwand lokalisiert, und seine Mutation führt zu einer erheblichen Verringerung der Glykopolymere, vergrößerten vegetativen Hyphen mit fehlerhafter Positionierung und Bildung von FtsZ-Ringen. Dies führt zur Bildung eines falsch positionierten Teilungsseptums, abnormalen Zellkompartimenten und Sporen mit verminderter Vitalität. Darüber hinaus zeigte diese Studie eine einzigartige physiologische Verbindung zwischen c-di-AMP-Signalen und der Ablagerung von Zellwandglykopolymeren, da die Inaktivierung von cglA das Wachstum der S. venezuelae disA-Mutante bei hohem Salzgehalt wiederherstellt. Außerdem ergaben globale RNA-Sequenz-Analysen der c-di-AMP-metabolisierenden Mutanten einige potenzielle Elemente, die an dem Entwicklungsdefekt der ataC-Mutante beteiligt sein könnten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Studie CglA als neuartige Komponente der Zellwandbiogenese in Streptomyces enthüllt hat, die für die Aufrechterhaltung der Zellform und der zellulären Vitalität in fadenförmigen, mehrzelligen Bakterien wesentlich ist.