細菌のMreB集合体の細胞内イオン濃度とカチオン依存性リモデリング

Intracellular ion concentrations and cation-dependent remodelling of bacterial MreB assemblies.

• Dávid Szatmári
• Péter Sárkány
• Béla Kocsis
• Tamás Nagy
• Attila Miseta
• Szilvia Barkó
• Beáta Longauer
• Robert C Robinson
• Miklós Nyitrai

抄録

ここでは、培養したグラム陰性菌およびグラム陽性菌の数種のイオン濃度を測定し、アクチンホモログMreBによるポリマー形成への影響を解析した。Leptospira interrogans, Bacillus subtilis, Escherichia coliにおいて、カリウム、ナトリウム、塩化物、カルシウム、マグネシウムのイオン濃度を測定した。これらのイオンから寄与する細胞内イオン強度は130〜273mMの範囲内で変化した。細胞内のナトリウムイオン濃度は122〜296mMの範囲であり、カリウムイオン濃度は5〜38mMの範囲であった。しかし、これらのレベルは細胞外イオン濃度の影響を大きく受けていた。L. interrogans、Rickettsia rickettsiiおよび大腸菌MreBをヘテロログ的に発現させ、新規な濾過法を用いて大腸菌から精製し、MreBポリマーを調製した。Alexa-488標識MreBポリマーの構造と安定性をイオン強度の変化下で共焦点顕微鏡で調べ、MreBの重合速度を光散乱測定で評価した。MreBの重合は200〜300mMの範囲の一価カチオンの存在下で最速であった。MreBフィラメントはこの濃度範囲で高い安定性を示し、テープ状の大きな束の集合体を形成し、より高いイオン強度では広範囲のシート状に変化した。カルシウム濃度を0.2から0mMに変更し、その後2mMに変更すると、MreBポリマーの急速なリモデリングが初期化された。

Here, we measured the concentrations of several ions in cultivated Gram-negative and Gram-positive bacteria, and analyzed their effects on polymer formation by the actin homologue MreB. We measured potassium, sodium, chloride, calcium and magnesium ion concentrations in Leptospira interrogans, Bacillus subtilis and Escherichia coli. Intracellular ionic strength contributed from these ions varied within the 130-273 mM range. The intracellular sodium ion concentration range was between 122 and 296 mM and the potassium ion concentration range was 5 and 38 mM. However, the levels were significantly influenced by extracellular ion levels. L. interrogans, Rickettsia rickettsii and E. coli MreBs were heterologously expressed and purified from E. coli using a novel filtration method to prepare MreB polymers. The structures and stability of Alexa-488 labeled MreB polymers, under varying ionic strength conditions, were investigated by confocal microscopy and MreB polymerization rates were assessed by measuring light scattering. MreB polymerization was fastest in the presence of monovalent cations in the 200-300 mM range. MreB filaments showed high stability in this concentration range and formed large assemblies of tape-like bundles that transformed to extensive sheets at higher ionic strengths. Changing the calcium concentration from 0.2 to 0 mM and then to 2 mM initialized rapid remodelling of MreB polymers.