真菌外糖の脱アセチル化は、接着とバイオフィルム形成を媒介します

abelledにはない：カビAspergillus fumigatusは、免疫不全患者に侵襲性感染を引き起こします。最近、ガラクトースとN-アセチルガラクトサミン（GALNAC）で構成されるエキソポリサッカ糖（GAG）であるGalactosaminogalactan（GAG）は、バイオフィルム形成に必要な毒性因子として同定されました。GAG生合成とGAGを介したバイオフィルム形成の根底にある分子メカニズムは不明でした。GAG欠損変異体で調節不全にされ、その遺伝子産物が細菌のバイオフィルムエキソポリシドポリ - （β1-6）-N-アセチル-D-グルコサミンの合成を媒介するタンパク質と機能的類似性を共有する5つのコルゲ化遺伝子のクラスターを特定しました（pnag）。バイオインフォマティック分析により、GAGクラスター遺伝子AGD3が脱アセチルゼドメインを含むタンパク質をコードすることが示唆されました。N-アセチルグルコサミン残基の脱アセチル化はPNAGの機能にとって重要であるため、真菌バイオフィルム形成におけるGAG脱アセチル化の役割を調査しました。AGD3は、GAG内のGALNAC残基の脱アセチル化を媒介し、多糖類多型をレンダリングすることがわかった。PNAGと同様に、GAGの菌糸への順守とバイオフィルム形成には脱アセチル化が必要です。GAG欠損Δuge3変異体の培養上清の存在下でのΔAGD3変異体の成長は、ΔAGD3変異体のバイオフィルム欠陥を救助し、GAGの接着特性を回復し、脱アセチル化が細胞外プロセスであることを示唆しています。GAG生合成遺伝子クラスターは、多くの植物病原性真菌と単一のbasidiomycete種であるAsahiiを含む、子嚢菌のPezizomycotinaサブ門のメンバーのゲノムに存在し、おそらく最近の水平遺伝子移動の結果です。現在の研究は、カチオン性の脱アセチル化されたエキソリサッキドの産生が、バイオフィルム形成のために真菌と細菌の両方が使用する戦略であることを示しています。 重要性：この研究は、A。fumigatusの毒性とバイオフィルム層で重要な役割を果たすガラクトサミノガラクタン（GAG）の合成を支配する生合成経路に光を当てています。バクテリアと真菌は、同様の戦略を使用して、接着剤バイオフィルムエキソポリ糖を合成することがわかりました。複数の真菌におけるGAG生合成遺伝子クラスターのオルソログの存在は、このエキソポリサッカライドが他の真菌病原体の病原性にも重要である可能性があることを示唆しています。さらに、これらの研究は、GAGが電荷と充電と相互作用を介して相互作用して真菌の菌糸と他の基質の両方に結合する接着の分子メカニズムを確立します。最後に、機能的ギャグの合成における脱アセチル化とこのプロセスの細胞外局在化の重要性は、脱アセチル化の阻害が新規抗真菌療法の開発の魅力的な標的であることを示唆しています。

UNLABELLED: The mold Aspergillus fumigatus causes invasive infection in immunocompromised patients. Recently, galactosaminogalactan (GAG), an exopolysaccharide composed of galactose and N-acetylgalactosamine (GalNAc), was identified as a virulence factor required for biofilm formation. The molecular mechanisms underlying GAG biosynthesis and GAG-mediated biofilm formation were unknown. We identified a cluster of five coregulated genes that were dysregulated in GAG-deficient mutants and whose gene products share functional similarity with proteins that mediate the synthesis of the bacterial biofilm exopolysaccharide poly-(β1-6)-N-acetyl-D-glucosamine (PNAG). Bioinformatic analyses suggested that the GAG cluster gene agd3 encodes a protein containing a deacetylase domain. Because deacetylation of N-acetylglucosamine residues is critical for the function of PNAG, we investigated the role of GAG deacetylation in fungal biofilm formation. Agd3 was found to mediate deacetylation of GalNAc residues within GAG and render the polysaccharide polycationic. As with PNAG, deacetylation is required for the adherence of GAG to hyphae and for biofilm formation. Growth of the Δagd3 mutant in the presence of culture supernatants of the GAG-deficient Δuge3 mutant rescued the biofilm defect of the Δagd3 mutant and restored the adhesive properties of GAG, suggesting that deacetylation is an extracellular process. The GAG biosynthetic gene cluster is present in the genomes of members of the Pezizomycotina subphylum of the Ascomycota including a number of plant-pathogenic fungi and a single basidiomycete species,Trichosporon asahii, likely a result of recent horizontal gene transfer. The current study demonstrates that the production of cationic, deacetylated exopolysaccharides is a strategy used by both fungi and bacteria for biofilm formation. IMPORTANCE: This study sheds light on the biosynthetic pathways governing the synthesis of galactosaminogalactan (GAG), which plays a key role in A. fumigatus virulence and biofilm formation. We find that bacteria and fungi use similar strategies to synthesize adhesive biofilm exopolysaccharides. The presence of orthologs of the GAG biosynthetic gene clusters in multiple fungi suggests that this exopolysaccharide may also be important in the virulence of other fungal pathogens. Further, these studies establish a molecular mechanism of adhesion in which GAG interacts via charge-charge interactions to bind to both fungal hyphae and other substrates. Finally, the importance of deacetylation in the synthesis of functional GAG and the extracellular localization of this process suggest that inhibition of deacetylation may be an attractive target for the development of novel antifungal therapies.