DNAメチル化はBurkholderia cenocepaciaの遺伝子発現をエピジェネティックに制御し、バイオフィルム形成、細胞凝集、運動性を制御している

DNA Methylation Epigenetically Regulates Gene Expression in Burkholderia cenocepacia and Controls Biofilm Formation, Cell Aggregation, and Motility.

• Ian Vandenbussche
• Andrea Sass
• Marta Pinto-Carbó
• Olga Mannweiler
• Leo Eberl
• Tom Coenye

抄録

日和見病原体による呼吸器感染症は、しばしば嚢胞性線維症（CF）患者の重篤な肺障害を引き起こす。DNAメチル化は遺伝子発現の重要な制御因子であることから、エピジェネティクスの分野からこれらの感染症への対処法の新たな知見が得られる可能性がある。本研究では、J2315株とK56-2株の2つのDNAメチル化酵素（MTase）とその遺伝子発現制御における役割に焦点を当てた。 予測された DNA MTase 遺伝子である BCAL3494 と BCAM0992 を欠失させ、その表現型を調べたところ、欠失変異体ΔBCAL3494 はバイオフィルム構造の変化と細胞凝集を示し、ΔBCAM0992 は運動性が低下した。その結果、BCAL3494とBCAM0992の標的遺伝子としてCACAGとGTWWACが同定された。また、プロモーター領域にメチル化モチーフを持つすべての遺伝子を同定したところ、メチル化モチーフを持たないMTase欠失変異体では、バイオフィルム関連遺伝子やモチベーション関連遺伝子を含むいくつかの遺伝子がアップレギュレーションされており、これらの変異体で観察された表現型を説明することができた。以上の結果から、DNA のメチル化がバイオフィルム形成、細胞凝集、運動性に関与する遺伝子の発現を制御する上で重要な役割を果たしていることが確認された。感染症と診断された CF 患者は、しばしばセパシア症候群と呼ばれる肺機能の急激な低下を経験する。他の（モデル）生物の研究から、DNAメチル化によるエピジェネティックな変化がこの制御に重要な役割を果たしていることが知られています。DNAメチル化によって発現が制御されている遺伝子を同定し、このメチル化に関わる制御系を明らかにすることで、エピジェネティックな制御を介した細胞適応の生物学的理解が進むと考えられます。将来的には、CF患者の感染症に対処するための新たなアプローチにつながるかもしれません。

Respiratory tract infections by the opportunistic pathogen often lead to severe lung damage in cystic fibrosis (CF) patients. New insights in how to tackle these infections might emerge from the field of epigenetics, as DNA methylation is an important regulator of gene expression. The present study focused on two DNA methyltransferases (MTases) in strains J2315 and K56-2 and their role in regulating gene expression. predicted DNA MTase genes BCAL3494 and BCAM0992 were deleted in both strains, and the phenotypes of the resulting deletion mutants were studied: deletion mutant ΔBCAL3494 showed changes in biofilm structure and cell aggregation, while ΔBCAM0992 was less motile. wild-type cultures treated with sinefungin, a known DNA MTase inhibitor, exhibited the same phenotype as DNA MTase deletion mutants. Single-molecule real-time sequencing was used to characterize the methylome of , including methylation at the origin of replication, and motifs CACAG and GTWWAC were identified as targets of BCAL3494 and BCAM0992, respectively. All genes with methylated motifs in their putative promoter region were identified, and qPCR experiments showed an upregulation of several genes, including biofilm- and motility-related genes, in MTase deletion mutants with unmethylated motifs, explaining the observed phenotypes in these mutants. In summary, our data confirm that DNA methylation plays an important role in regulating the expression of genes involved in biofilm formation, cell aggregation, and motility. CF patients diagnosed with infections often experience rapid deterioration of lung function, known as cepacia syndrome. has a large multireplicon genome, and much remains to be learned about regulation of gene expression in this organism. From studies in other (model) organisms, it is known that epigenetic changes through DNA methylation play an important role in this regulation. The identification of genes of which the expression is regulated by DNA methylation and identification of the regulatory systems involved in this methylation are likely to advance the biological understanding of cell adaptation via epigenetic regulation. In time, this might lead to novel approaches to tackle infections in CF patients.

Copyright © 2020 Vandenbussche et al.