大腸菌におけるMEPとMEPMレベルの異なるアミノ酸の可用性依存性調節メカニズム

ペプチドグリカン（PG）ヒドロラーゼは、細胞質生理学、PG合成、PGの品質制御、PGリサイクル、抗生物質耐性など、細菌生理学のさまざまな側面で重要な役割を果たします。しかし、それらの表現の規制メカニズムはあまり理解されていません。この研究では、PG合成に関与する合成致命的なPGエンドペプチダーゼMEPとMEPMのタンパク質レベルの新規調節メカニズムを発見しました。MEPとMEPMの両方に欠陥がある変異体は、アミノ酸が豊富な培地で致命的でしたが、最小限の培地でほぼ正常な成長を示し、最小培地でのMEPとMEPMの消費性を示唆しています。MEPとMEPMのタンパク質レベルは、最小限の培地で劇的に減少しました。MEPMはMEPSのタンパク質分解に関与するPRCの基質として明らかにされましたが、最小培地のMEPSレベルの減少のみがPRCの枯渇の影響を受けました。表現型および生化学的分析により、培地中の芳香族アミノ酸の存在がMEPの蓄積を誘発することが示されましたが、MEPMではなくMEPMの蓄積を引き起こしますが、グルタミン酸の存在はMEPMのレベルを増加させますが、MEPSではなく増加しました。一緒に、これらの結果は、2つの主要なPGエンドペプチダーゼのタンパク質レベルがアミノ酸の可用性依存的に調節されているが、その分子メカニズムとシグナル伝達が大幅に異なることを示しています。

Peptidoglycan (PG) hydrolases play important roles in various aspects of bacterial physiology, including cytokinesis, PG synthesis, quality control of PG, PG recycling, and antibiotic resistance. However, the regulatory mechanisms of their expression are poorly understood. In this study, we have uncovered novel regulatory mechanisms of the protein levels of the synthetically lethal PG endopeptidases MepS and MepM, which are involved in PG synthesis. A mutant defective for both MepS and MepM was lethal in an amino acid-rich medium, whereas it exhibited almost normal growth in a minimal medium, suggesting the expendability of MepS and MepM in a minimal medium. Protein levels of MepS and MepM dramatically decreased in the minimal medium. Although MepM was revealed as a substrate of Prc, a periplasmic protease involved in the proteolysis of MepS, only the decrease in the MepS level in the minimal medium was affected by the prc depletion. Phenotypic and biochemical analyses showed that the presence of aromatic amino acids in the medium induced the accumulation of MepS, but not MepM, while the presence of glutamate increased the level of MepM, but not MepS. Together, these results demonstrate that the protein levels of the two major PG endopeptidases are regulated in an amino acid availability-dependent manner, but their molecular mechanisms and signaling are significantly distinct.