接触依存性増殖阻害 (CDI) および再構成ホットスポット (Rhs) システムに関連する機能的な毒素/免疫遺伝子の同定

細菌の接触依存性成長阻害（CDI）は、2パートナー分泌タンパク質のCDIA/CDIBファミリーによって媒介されます。各CDIAタンパク質は、多型C末端領域（CDIA-CT）に存在する明確な成長阻害活性を示します。CDI（+）細胞は、同種CDIA-CTの活性を特異的にブロックするユニークなCDII免疫タンパク質も発現し、それにより自己阻害から細胞を保護します。ここでは、多くのCDIシステムにCDIA-CTシーケンスをコードする複数のCDIA遺伝子断片が含まれていることを示します。これらの「孤児」CDIA-CT遺伝子は、ほとんど常に下流のCDII遺伝子に関連しており、CDIA-CT/CDIIモジュールを形成します。比較ゲノム分析は、CDIA-CT/CDIIモジュールがモバイルであり、異なる細菌のCDIシステム間で交換されることを示唆しています。多くの場合、Orphan CDIA-CT/CDIIモジュールは、他の細菌種の全長CDIA遺伝子に融合されています。Escherichia coli EC93、E。coliEC869、およびDickeya Dadantii 3937のCDIA-CT/CDIIモジュールの検査により、これらの遺伝子が機能毒素/免疫ペアをコードすることが確認されました。さらに、EC93の孤児モジュールは、EC93 CDIAタンパク質のN末端部分に融合した場合、細胞媒介CDIで機能しました。バイオインフォマティック分析により、CDIシステムの遺伝的組織がRHS（再配置ホットスポット）遺伝子座と機能を共有することが明らかになりました。RHSタンパク質には、多型C末端領域（RHS-CTS）も含まれており、その一部はCDIA-CTSと有意な配列同一性を共有しています。すべてのRHS遺伝子の後に、可能なRHSI免疫遺伝子を表す小さなORFが続き、いくつかのRHSシステムはOrphan RHS-CT/RHSIモジュールをコードします。D. dadantii 3937からのRHS-CT/RHSIモジュールの分析により、RHS-CTSは成長阻害活性があることを実証しました。これは、同種のRHSI免疫タンパク質によって特異的にブロックされています。一緒に、これらの結果は、RHSが細胞間競争において役割を果たし、Orphan遺伝子モジュールがCDIシステムとRHSシステムの両方によって展開された有毒活動の多様性を拡大することを示唆しています。

Bacterial contact-dependent growth inhibition (CDI) is mediated by the CdiA/CdiB family of two-partner secretion proteins. Each CdiA protein exhibits a distinct growth inhibition activity, which resides in the polymorphic C-terminal region (CdiA-CT). CDI(+) cells also express unique CdiI immunity proteins that specifically block the activity of cognate CdiA-CT, thereby protecting the cell from autoinhibition. Here we show that many CDI systems contain multiple cdiA gene fragments that encode CdiA-CT sequences. These "orphan" cdiA-CT genes are almost always associated with downstream cdiI genes to form cdiA-CT/cdiI modules. Comparative genome analyses suggest that cdiA-CT/cdiI modules are mobile and exchanged between the CDI systems of different bacteria. In many instances, orphan cdiA-CT/cdiI modules are fused to full-length cdiA genes in other bacterial species. Examination of cdiA-CT/cdiI modules from Escherichia coli EC93, E. coli EC869, and Dickeya dadantii 3937 confirmed that these genes encode functional toxin/immunity pairs. Moreover, the orphan module from EC93 was functional in cell-mediated CDI when fused to the N-terminal portion of the EC93 CdiA protein. Bioinformatic analyses revealed that the genetic organization of CDI systems shares features with rhs (rearrangement hotspot) loci. Rhs proteins also contain polymorphic C-terminal regions (Rhs-CTs), some of which share significant sequence identity with CdiA-CTs. All rhs genes are followed by small ORFs representing possible rhsI immunity genes, and several Rhs systems encode orphan rhs-CT/rhsI modules. Analysis of rhs-CT/rhsI modules from D. dadantii 3937 demonstrated that Rhs-CTs have growth inhibitory activity, which is specifically blocked by cognate RhsI immunity proteins. Together, these results suggest that Rhs plays a role in intercellular competition and that orphan gene modules expand the diversity of toxic activities deployed by both CDI and Rhs systems.