FtsEXによるATP加水分解とFtsAとの相互作用がセプタルペプチドグリカン合成と加水分解の制御に果たす役割

Roles of ATP Hydrolysis by FtsEX and Interaction with FtsA in Regulation of Septal Peptidoglycan Synthesis and Hydrolysis.

• Shishen Du
• Sebastien Pichoff
• Joe Lutkenhaus

抄録

FtsEX は、ペプチドグリカン（PG）の合成と加水分解を中隔で調整している。FtsEXは、細胞質内のFtsAに作用してセプタルPG合成酵素のリクルートを促進し、セプタルPGヒドロラーゼの活性化因子であるEnvCを細胞質周囲にリクルートする。リクルート後、FtsEXによるATP加水分解はPG合成と加水分解の両方を制御していると考えられているが、どのように制御しているのかはよくわかっていない。ここでは、FtsEXのATPアーゼ変異体がセファレキシンと同様にセプタルPG合成を阻害することを示し、FtsEXによるATP加水分解がセプテーション全体を通して必要であることを示唆している。また、FtsEXによるセプタルPG合成と加水分解の役割を分離した変異体を用いて、NlpDを介した細胞分離システムが存在する場合には、FtsEXによるEnvCのセプタルへのリクルートが必要とされるが、ATP加水分解は必要とされないことを見出した。しかし、NlpDシステムが不活性化されると、FtsEXによるATP加水分解が効率的な細胞分離に必要となることから、EnvCの最適な活性にはFtsEXのATPアーゼ活性が必要であることが示唆された。重要なことは、細胞分裂におけるFtsEXの役割を抑制する条件下では、FtsEXとFtsAの相互作用が破壊されると細胞分離が遅延することであり、この相互作用が細胞分離システムとセプタルPG合成複合体との結合において重要であることを強調している。グラム陰性菌のサイトカイン発現には、細胞膜の３層構造を協調的に変化させることが必要であり、そうでなければ細胞は疎水性抗生物質に敏感になり、細胞溶解を受けることさえある。ABCトランスポーターFtsEXは、FtsAとEnvCとの相互作用により、ストレスを受けるペプチドグリカン層の合成と加水分解を行っています。FtsEXによるATP加水分解はその機能に重要な役割を果たしているが、その理由は不明である。ここで、FtsEXはATP加水分解がない場合、セファレキシンと同様にセプタルPG合成を阻害することを見出した。しかし、FtsEX ATPase変異体は、分裂をブロックできない条件下では、部分的に冗長な細胞分離システムが存在する限り、表現型を回復させることがわかった。さらに、FtsEXとFtsAの相互作用が効率的な細胞分離に重要であることを明らかにした。

In , FtsEX coordinates peptidoglycan (PG) synthesis and hydrolysis at the septum. It acts on FtsA in the cytoplasm to promote recruitment of septal PG synthetases and recruits EnvC, an activator of septal PG hydrolases, in the periplasm. Following recruitment, ATP hydrolysis by FtsEX is thought to regulate both PG synthesis and hydrolysis, but how it does this is not well understood. Here, we show that an ATPase mutant of FtsEX blocks septal PG synthesis similarly to cephalexin, suggesting that ATP hydrolysis by FtsEX is required throughout septation. Using mutants that uncouple the roles of FtsEX in septal PG synthesis and hydrolysis, we find that recruitment of EnvC to the septum by FtsEX, but not ATP hydrolysis, is required to promote cell separation when the NlpD-mediated cell separation system is present. However, ATP hydrolysis by FtsEX becomes necessary for efficient cell separation when the NlpD system is inactivated, suggesting that the ATPase activity of FtsEX is required for optimal activity of EnvC. Importantly, under conditions that suppress the role of FtsEX in cell division, disruption of the FtsEX-FtsA interaction delays cell separation, highlighting the importance of this interaction in coupling the cell separation system with the septal PG synthetic complex. Cytokinesis in Gram-negative bacteria requires coordinated invagination of the three layers of the cell envelope; otherwise, cells become sensitive to hydrophobic antibiotics and can even undergo cell lysis. , the ABC transporter FtsEX couples the synthesis and hydrolysis of the stress-bearing peptidoglycan layer at the septum by interacting with FtsA and EnvC, respectively. ATP hydrolysis by FtsEX is critical for its function, but the reason why is not clear. Here, we find that in the absence of ATP hydrolysis, FtsEX blocks septal PG synthesis similarly to cephalexin. However, an FtsEX ATPase mutant, under conditions where it cannot block division, rescues phenotypes as long as a partially redundant cell separation system is present. Furthermore, we find that the FtsEX-FtsA interaction is important for efficient cell separation.

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