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フロチリンを介した膜の流動性は、ペプチドグリカン合成とMreBの動きを制御する
Flotillin-mediated membrane fluidity controls peptidoglycan synthesis and MreB movement.
PMID: 32662773 DOI: 10.7554/eLife.57179.
抄録
細菌の形質膜は重要な細胞コンパートメントである。近年、タンパク質複合体や脂質が膜内に均一に分布していないことが明らかになってきた。現在の仮説では、細胞壁合成タンパク質を含む膜タンパク質の複合体形成には、フロチリンタンパク質が必要であることが示唆されている。本研究では、細菌のフロチリンが膜の流動性の恒常性に重要な因子であることを示した。フロッティリンが欠損すると膜の流動性が低下し、MreBの動態に変化が生じ、結果としてペプチドグリカン合成にも変化が生じます。これらの変化は、膜の流動性が化学的流動化剤によって復元されると元に戻ります。in vitroでは、フロチリンの添加によりリポソームの膜の流動性が向上した。これらのデータは、膜の流動性を直接制御するためには、タンパク質-タンパク質相互作用を介したタンパク質複合体の形成ではなく、フロチリンが必要であるというモデルを支持するものである。
The bacterial plasma membrane is an important cellular compartment. In recent years it has become obvious that protein complexes and lipids are not uniformly distributed within membranes. Current hypotheses suggest that flotillin proteins are required for the formation of complexes of membrane proteins including cell-wall synthetic proteins. We show here that bacterial flotillins are important factors for membrane fluidity homeostasis. Loss of flotillins leads to a decrease in membrane fluidity that in turn leads to alterations in MreB dynamics and, as a consequence, in peptidoglycan synthesis. These alterations are reverted when membrane fluidity is restored by a chemical fluidizer. In vitro, the addition of a flotillin increases membrane fluidity of liposomes. Our data support a model in which flotillins are required for direct control of membrane fluidity rather than for the formation of protein complexes via direct protein-protein interactions.
すべての生きている細胞は、有害な化学物質やその他の脅威から細胞を保護するリン脂質として知られている分子で構成された柔軟な膜によって囲まれています。バクテリアやその他の生物では、膜のすぐ外側に細胞壁と呼ばれる硬い構造体があり、細胞の形を決定しています。バクテリアの膜には、細胞壁の新しい部分を組み立てることで細胞の成長を可能にするいくつかのタンパク質があります。これらのタンパク質が適切な場所で細胞壁を広げることを確実にするために、MreBとして知られている別のタンパク質は、膜の適切な場所に移動し、それらを組織化し、その活性を制御しています。これまでの研究では、フロチリンと呼ばれる別のクラスのタンパク質が、膜内のタンパク質やリン脂質分子の配置に関与していることがわかっています。これらのタンパク質を欠いた細菌は正常に成長せず、正常な形を維持することができません。しかし、このフロチリンがどのような役割を果たしているのかは明らかになっていませんでした。ここでは、Zielińska、Saviettoらはとして知られている細菌のフロチリンを研究するために顕微鏡のアプローチを使用した。 実験では、フロチリンの存在下で、MreBは、フロチリンが存在しなかったときよりも（それがより活性であったことを示唆している）より迅速に膜の周りに移動することがわかりました。同様の結果は、フロチリンを欠いた細菌細胞が膜をより「流動的」にした化学物質で処理されたときに観察された - つまり、膜内の分子が移動するためにそれが容易になった。さらなる実験では、フロチリンが人工膜内のリン脂質分子がより自由に動き回ることを可能にし、膜の流動性を高めていることがわかりました。これらの知見は、フロチリンが細菌の細胞の膜をより流動的にして、細胞が壁を広げたり、他のいくつかのプロセスを行うのを助けることを示唆しています。バクテリアが膜の構成要素をどのように制御しているかを理解することは、現在利用可能な多くの抗生物質がどのように作用するかについての理解を深めることになり、将来的には新しい抗生物質の設計につながる可能性があります。
Every living cell is enclosed by a flexible membrane made of molecules known as phospholipids, which protects the cell from harmful chemicals and other threats. In bacteria and some other organisms, a rigid structure known as the cell wall sits just outside of the membrane and determines the cell’s shape. There are several proteins in the membrane of bacteria that allow the cell to grow by assembling new pieces of the cell wall. To ensure these proteins expand the cell wall at the right locations, another protein known as MreB moves and organizes them to the appropriate place in the membrane and controls their activity. Previous studies have found that another class of proteins called flotillins are involved in arranging proteins and phospholipid molecules within membranes. Bacteria lacking these proteins do not grow properly and are unable to maintain their normal shape. However, the precise role of the flotillins remained unclear. Here, Zielińska, Savietto et al. used microscopy approaches to study flotillins in a bacterium known as The experiments found that, in the presence of flotillins, MreB moved around the membrane more quickly (suggesting it was more active) than when no flotillins were present. Similar results were observed when bacterial cells lacking flotillins were treated with a chemical that made membranes more ‘fluid’ – that is, made it easier for the molecules within the membrane to travel around. Further experiments found that flotillins allowed the phospholipid molecules within an artificial membrane to move around more freely, which increases the fluidity of the membrane. These findings suggest that flotillins make the membranes of bacterial cells more fluid to help cells expand their walls and perform several other processes. Understanding how bacteria control the components of their membranes will further our understanding of how many currently available antibiotics work and may potentially lead to the design of new antibiotics in the future.
© 2020, Zielińska et al.