電子顕微鏡で視覚化されたハイペルベシ酸酸素大腸菌株ΔmlaΔnlpiにおける異常な膜構造

大腸菌は、外膜の一部を放出することにより、外膜小胞（OMV）と呼ばれる細胞外小胞を生成します。我々は以前に、封筒構造と外膜の外側のリーフレットにおけるリン脂質蓄積に関連するNLPIとMLAEの複合削除が、OMV産生の相乗的な増加をもたらすと報告した。この研究では、クイックフリーズ、ディープエッチ電子顕微鏡（QFDE-EM）を使用したΔMlaeΔNLPI細胞の分析により、細胞内の長軸の先端でプラスモリシスが発生し、この先端から形成されたOMVが発生したことが明らかになりました。単一遺伝子ノックアウト変異体ΔnlpiおよびΔmlaeでは、血漿分解が観察されました。この研究では、血漿分解が過酸化変異体大腸菌細胞で誘導されたことが実証されています。さらに、細胞内小胞および多層OMVがΔMlaeΔNlpi細胞で観察されました。一方、ΔmlaeΔnlpi細胞のサイトゾルで発現した組換え緑色蛍光タンパク質（GFP）の分泌は、WTおよびΔNLPIのそれよりも100倍以上高く、OMV分画のΔMlaeのそれよりも約50倍高いため、CytoSolicolicolicolicolicolicolicolicolicolicolocolicolicolocolicはコンポーネントは、外側の膜小胞（OIMV）に組み込まれ、細胞外空間に放出されました。さらに、QFDE-EM分析により、ΔMlaeΔnlpisacculiには、野生型（wt）大腸菌のペプチドグリカン（pg）孔の平均半径よりも多くの穴が著しく大きいことが明らかになりました。これらの結果は、ΔMlaeΔNlpi細胞では、細胞質膜材料がペプチドグリカン穴を通ってペプチドグリカン穴を通ってペリプラズム空間に突き出ており、OIMVとして放出されることを示唆しています。

Escherichia coli produces extracellular vesicles called outer membrane vesicles (OMVs) by releasing a part of its outer membrane. We previously reported that the combined deletion of nlpI and mlaE, related to envelope structure and phospholipid accumulation in the outer leaflet of the outer membrane, respectively, resulted in the synergistic increase of OMV production. In this study, the analysis of ΔmlaEΔnlpI cells using quick-freeze, deep-etch electron microscopy (QFDE-EM) revealed that plasmolysis occurred at the tip of the long axis in cells and that OMVs formed from this tip. Plasmolysis was also observed in the single-gene knockout mutants ΔnlpI and ΔmlaE. This study has demonstrated that plasmolysis was induced in the hypervesiculating mutant E. coli cells. Furthermore, intracellular vesicles and multilamellar OMV were observed in the ΔmlaEΔnlpI cells. Meanwhile, the secretion of recombinant green fluorescent protein (GFP) expressed in the cytosol of the ΔmlaEΔnlpI cells was more than 100 times higher than that of WT and ΔnlpI, and about 50 times higher than that of ΔmlaE in the OMV fraction, suggesting that cytosolic components were incorporated into outer-inner membrane vesicles (OIMVs) and released into the extracellular space. Additionally, QFDE-EM analysis revealed that ΔmlaEΔnlpI sacculi contained many holes noticeably larger than the mean radius of the peptidoglycan (PG) pores in wild-type (WT) E. coli. These results suggest that in ΔmlaEΔnlpI cells, cytoplasmic membrane materials protrude into the periplasmic space through the peptidoglycan holes and are released as OIMVs.