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ClbR は大腸菌におけるコリバクチン遺伝子発現の鍵となる転写活性化因子である
ClbR Is the Key Transcriptional Activator of Colibactin Gene Expression in Escherichia coli.
PMID: 32669458 PMCID: PMC7364221. DOI: 10.1128/mSphere.00591-20.
抄録
コリバクチンは、真核生物の異なるメンバーによって発現される非リボソームペプチド/ポリケチドハイブリッド天然物であり、真核生物におけるDNA二本鎖切断の誘導や細胞周期進行の阻害と関連している可能性がある。コリバクチン発現の制御機構は、まだ十分には解明されていない。我々は、M1/5 株をモデルとして、転写レベルでのコリバクチン決定因子の発現制御を調べ、コリバクチン病原性島自体の中に位置する制御要素を特徴づけることを目的とした。転写を測定した結果、最小限の培地での培養では、リッチ培地に比べてコリバクチンの発現が増加することが確認された。の転写は鉄の利用可能性に直接応答する。また、コリバクチン決定因子内の構造的 DNA 要素、すなわち ClbR 結合部位とその上流に位置する可変数のタンデムリピートの特徴を明らかにした。 トランスクリプトームレベルとプロテオームレベルでの過剰発現または欠失の影響を調べた。さらに、コリバクチン産生のフラックスに影響を与える ClbR の過剰発現・欠失によるグローバルな遺伝子制御と、この条件下での遺伝子制御を比較した。トランスクリプトーム解析およびプロテオーム解析の結果と、細胞培養アッセイによるコリバクチンレベルの間接的な測定、およびプレコ リバクチンからのコリバクチン切断の第二生成物である N-ミリストイル-d-アスパラギンを介したコリバクチンの近似定量を組み合わせることで、可変タンデムリピート数がコリバクチン発現に重要な制御的役割を果たしていることを実証した。その結果、コリバクチン産生を効率的に制御するために必要な唯一の転写活性化因子であるClbRを同定した。非リボソームペプチド/ポリケチド複合体であるコリバクチンは、腸管外感染に関与する細菌の病原性因子であり、発がん性物質でもあると考えられている。それにもかかわらず、また、その遺伝毒性効果にもかかわらず、コリバクチンの発現は、細菌または腫瘍の増殖を抑制することができ、プロバイオティクスの抗炎症性および鎮痛性と相関している。この天然化合物の生物学的機能は広く研究されてきたが、コリバクチンの発現制御に関する我々の理解はまだ完全とは言えない。本研究では、コリバクチンの発現に関与する調節因子の役割や、コリバクチンの発現を促進する生育条件について詳細に検討した。このようにして、我々のデータは、コリバクチンの発現に関わる制御機構を明らかにし、この興味深い非リボソームペプチド/ポリケチドハイブリッドの発現と精製をサポートし、さらなる分子特性の解明につながる可能性を秘めている。
Colibactin is a nonribosomal peptide/polyketide hybrid natural product expressed by different members of the which can be correlated with induction of DNA double-strand breaks and interference with cell cycle progression in eukaryotes. Regulatory features of colibactin expression are only incompletely understood. We used strain M1/5 as a model to investigate regulation of expression of the colibactin determinant at the transcriptional level and to characterize regulatory elements located within the colibactin pathogenicity island itself. We measured transcription and observed that cultivation in defined minimal media led to increased colibactin expression relative to rich media. Transcription of directly responds to iron availability. We also characterized structural DNA elements inside the colibactin determinant involved in ClbR-dependent regulation, i.e., ClbR binding sites and a variable number of tandem repeats located upstream of We investigated the impact of overexpression or deletion at the transcriptome and proteome levels. Moreover, we compared global gene regulation under these conditions with that occurring upon overexpression or deletion of , which affects the flux of colibactin production. Combining the results of the transcriptome and proteome analyses with indirect measurements of colibactin levels by cell culture assays and an approximate quantification of colibactin via the second product of colibactin cleavage from precolibactin, N-myristoyl-d-asparagine, we demonstrate that the variable number of tandem repeats plays a significant regulatory role in colibactin expression. We identify ClbR as the only transcriptional activator known so far that is specific and essential for efficient regulation of colibactin production. The nonribosomal peptide/polyketide hybrid colibactin can be considered a bacterial virulence factor involved in extraintestinal infection and also a procarcinogen. Nevertheless, and despite its genotoxic effect, colibactin expression can also inhibit bacterial or tumor growth and correlates with probiotic anti-inflammatory and analgesic properties. Although the biological function of this natural compound has been studied extensively, our understanding of the regulation of colibactin expression is still far from complete. We investigated in detail the role of regulatory elements involved in colibactin expression and in the growth conditions that promote colibactin expression. In this way, our data shed light on the regulatory mechanisms involved in colibactin expression and may support the expression and purification of this interesting nonribosomal peptide/polyketide hybrid for further molecular characterization.
Copyright © 2020 Wallenstein et al.