細菌の多重ペプチド耐性因子によるRNA依存性脂質リモデリング

複数のペプチド抵抗性（MPRF）毒性因子は、内膜脂質をアミノアシル化することにより、カチオン性抗生物質に対する細胞透過性を制御します。MPRFの1つのクラスはLys-TRNA（LYS）を使用してホスファチジルグリセロール（PG）を修飾できることが以前に示されていますが、他のMPRFの認識メカニズムと可能な役割は不明です。ここでは、in vitro再構成脂質アミノアシル化システムを使用して、細菌病原体クロストトリジウムperfringensに見られる2つの系統発生的に異なるMPRFパラログ（MPRF1およびMPRF2）を調査しました。両方の形態のMPRFアミノアシル酸PGは、異なるアミノ酸でそうします。MPRF1はALA-TRNA（ALA）に特異的であり、MPRF2はLys-TRNA（LYS）を利用します。これは、中性アミノ酸アラニンを使用することにより、細胞が内膜の電荷を微調整できるメカニズムを提供し、リジン修飾だけで提供されるよりも広範な抗生物質に耐性を提供する可能性があります。TRNA（ALA）とTRNA（LYS）の変異は、いずれかのMPRF活性にほとんど影響を及ぼさず、アミノアシル部分がアミノアシル-TRNA認識の主要な決定因子であることを示しています。TRNAの識別の欠如は、TRNA配列の種特異的な違いが水平遺伝子導入に対する障壁を示さないため、毒性因子としてのMPRFの役割と一致しています。まとめると、我々の発見は、MPRFタンパク質が、化学的に多様な抗生物質に対する耐性を容易に獲得できる強力な病原性メカニズムをどのように提供するかを明らかにします。

Multiple peptide resistance (MprF) virulence factors control cellular permeability to cationic antibiotics by aminoacylating inner membrane lipids. It has been shown previously that one class of MprF can use Lys-tRNA(Lys) to modify phosphatidylglycerol (PG), but the mechanism of recognition and possible role of other MprFs are unknown. Here, we used an in vitro reconstituted lipid aminoacylation system to investigate the two phylogenetically distinct MprF paralogs (MprF1 and MprF2) found in the bacterial pathogen Clostridium perfringens. Although both forms of MprF aminoacylate PG, they do so with different amino acids; MprF1 is specific for Ala-tRNA(Ala), and MprF2 utilizes Lys-tRNA(Lys). This provides a mechanism by which the cell can fine tune the charge of the inner membrane by using the neutral amino acid alanine, potentially providing resistance to a broader range of antibiotics than offered by lysine modification alone. Mutation of tRNA(Ala) and tRNA(Lys) had little effect on either MprF activity, indicating that the aminoacyl moiety is the primary determinant for aminoacyl-tRNA recognition. The lack of discrimination of the tRNA is consistent with the role of MprF as a virulence factor, because species-specific differences in tRNA sequence would not present a barrier to horizontal gene transfer. Taken together, our findings reveal how the MprF proteins provide a potent virulence mechanism by which pathogens can readily acquire resistance to chemically diverse antibiotics.