Streptococcus MutansのComxを誘発するペプチド（XIP）を介した細胞間コミュニケーション

グラム陽性細菌は、バイオフィルム形成、ストレス反応、および生態学的競争力に必要な遺伝的および生理学的プロセスを調整するために、輸出ペプチドを利用しています。1つの例は、COMRおよびCOM X誘導ペプチド（XIP）ストレプトコッカスマイナの自然な遺伝的能力の活​​性化ですが、定義された培地で合成XIPを添加することで能力経路を活性化することができますが、XIPはXIPが機能する可能性があるという仮説が活性化できます。細胞間シグナル伝達分子は厳密にテストされていません。共培養モデルシステムは、XIP前駆体（COMS）と緑色の蛍光タンパク質（GFP）レポーターがCOMR活性化遺伝子（COMX）プロモーターに融合した「レスポンダー」株を過剰発現させる「送信者」株を含む開発されました。GFP発現を活性化するシグナルを提供する送信者株の能力は、（i）プランクトン培養システム、（ii）アガロースマトリックスで懸濁した（ii）バイオフィルムで成長している（iii）細胞を使用して、個々の細胞および集団レベルで監視されました。XIPは自由に拡散可能であることが示されており、S。mutans送信者とレスポンダー株の間のXIPシグナルは、細胞間接触を必要としませんでした。ショ糖由来のエキソポリサッカライドマトリックスの存在は、おそらくXIP送信者と潜在的な応答者の空間分布に影響を与えることにより、バイオフィルムでのXIPシグナル伝達の効率を低下させました。細胞間シグナル伝達は、原発性オートライシンATLAを欠く株で非常に損なわれ、送信者株が溶解したときにかなり大きくなりました。集合的に、これらのデータは、S。mutansXipが実際に細胞間のペプチドシグナルとして機能し、さまざまな環境および生理学的状態の集団で内因的に生成されたペプチドを使用してシグナル伝達を研究することの重要性を強調できるという証拠を提供します。（XIP）Streptococcus Mutansは、遺伝的能力の活​​性化における重要な調節要素であり、細胞が細胞外DNAを吸収することを可能にします。XIPは細胞培養液で発見されており、生理学的に受容的な細胞に合成XIPを添加すると、能力遺伝子発現が堅牢に誘導される可能性があります。ただし、XIPが細胞間通信信号として機能できるかどうかについては、コンセンサスが不足しています。ここでは、XIPは実際にS. Mutansの細胞間でシグナルを示していますが、環境へのXIPの放出を可能にするために、専用の分泌/処理システムとは対照的に、細胞溶解が重要な要因である可能性があることを示しています。結果は、ユビキタスなヒト病原体および関連生物の生態学、病原性、および進化の文脈に重要な意味を持っています。

Gram-positive bacteria utilize exported peptides to coordinate genetic and physiological processes required for biofilm formation, stress responses, and ecological competitiveness. One example is activation of natural genetic competence by ComR and the com X -inducing peptide (XIP) in Streptococcus mutans Although the competence pathway can be activated by the addition of synthetic XIP in defined medium, the hypothesis that XIP is able to function as an intercellular signaling molecule has not been rigorously tested. Coculture model systems were developed that included a "sender" strain that overexpressed the XIP precursor (ComS) and a "responder" strain harboring a green fluorescent protein (GFP) reporter fused to a ComR-activated gene (comX) promoter. The ability of the sender strain to provide a signal to activate GFP expression was monitored at the individual cell and population levels using (i) planktonic culture systems, (ii) cells suspended in an agarose matrix, or (iii) cells growing in biofilms. XIP was shown to be freely diffusible, and XIP signaling between the S. mutans sender and responder strains did not require cell-to-cell contact. The presence of a sucrose-derived exopolysaccharide matrix diminished the efficiency of XIP signaling in biofilms, possibly by affecting the spatial distribution of XIP senders and potential responders. Intercellular signaling was greatly impaired in a strain lacking the primary autolysin, AtlA, and was substantially greater when the sender strain underwent lysis. Collectively, these data provide evidence that S. mutans XIP can indeed function as a peptide signal between cells and highlight the importance of studying signaling with an endogenously produced peptide(s) in populations in various environments and physiologic states.IMPORTANCE The comX-inducing peptide (XIP) of Streptococcus mutans is a key regulatory element in the activation of genetic competence, which allows cells to take up extracellular DNA. XIP has been found in cell culture fluids, and the addition of synthetic XIP to physiologically receptive cells can robustly induce competence gene expression. However, there is a lack of consensus as to whether XIP can function as an intercellular communication signal. Here, we show that XIP indeed signals between cells in S. mutans, but that cell lysis may be a critical factor, as opposed to a dedicated secretion/processing system, in allowing for release of XIP into the environment. The results have important implications in the context of the ecology, virulence, and evolution of a ubiquitous human pathogen and related organisms.