黄色ブドウ球菌におけるSPRG1エンコードI型毒素の作用メカニズム：膜変化からメソソーム様構造の形成および細菌溶解まで

SPRG1/SPRF1は、黄色ブドウ球菌の毒素系毒素系です。以前に、SPRG1遺伝子によってコードされる2つの毒素、SPRG131とSPRG144が、単一のαヘリックスで構成された2つの膜関連ペプチドであることが示されています。これら2つのペプチドの過剰発現は、成長阻害と黄色ブドウ球菌の死に至ります。この研究では、この毒性における各ペプチドの関与、SPRG131毒性に必要な配列要件、およびこれら2つのペプチドの作用メカニズムを調査しました。私たちの発見は、両方のペプチドが個別に発現すると、SPRG131に対してより高い毒性が観察され、成長を止めることができることを示しています。C末端にのみ配置された疎水性ドメインと荷電ドメインの組み合わせは、この毒性に必要であり、膜貫通ドメインの方向を保持する可能性があります。SPRG131の正味カチオン電荷は、黄色ブドウ球菌に成長欠陥を誘発するために不可欠ではありません。さらに、SPRG144およびSPRG131の作用モードに関する洞察を得るために、過剰発現後の有毒なイベントの年表を確立しました。ペプチド誘導の約20分後、膜が脱分極されている場合、メソソーム様構造がすでに形成されていることを実証しました。この膜脱分極は、細胞内ATPの枯渇と同時に起こり、黄色ブドウ球菌の成長停止につながります。さらに、ATPは細胞外培地に排泄されず、膜透過化が膜脱分極と比較して遅延するため、SPRG144とSPRG131はS. aureus膜に大きな孔を形成しないと仮定しました。次の課題は、SPRG144とSPRG131が自然に表現される条件を特定し、ブドウ球菌の成長、コロニー形成、および感染中の潜在的な役割を明らかにすることです。

sprG1/SprF1 is a type I toxin-antitoxin system located on Staphylococcus aureus prophage. It has previously been shown that the two toxins, SprG131 and SprG144, encoded by the sprG1 gene, are two membrane-associated peptides structured in a single α-helix. Overexpression of these two peptides leads to growth inhibition and even S. aureus death. In this study, we investigated the involvement of each peptide in this toxicity, the sequence requirements necessary for SprG131 toxicity, and the mechanism of action of these two peptides. Our findings show that both peptides, when expressed individually, are able to stop growth, with higher toxicity observed for SprG131. The combination of a hydrophobic domain and a charged domain located only at the C-terminus is necessary for this toxicity, likely to retain the orientation of the transmembrane domain. A net cationic charge for SprG131 is not essential to induce a growth defect in S. aureus. Furthermore, we established a chronology of toxic events following overexpression to gain insights into the mode of action of SprG144 and SprG131. We demonstrated that mesosome-like structures are already formed when membrane is depolarized, about 20 min after peptides induction. This membrane depolarization occurs concomitantly with a depletion of intracellular ATP, leading to S. aureus growth arrest. Moreover, we hypothesized that SprG144 and SprG131 do not form large pores in the S. aureus membrane, as ATP is not excreted into the extracellular medium, and membrane permeabilization is delayed relative to membrane depolarization. The next challenge is to identify the conditions under which SprG144 and SprG131 are naturally expressed, and to uncover their potential roles during staphylococcal growth, colonization, and infection.