Um sistema de injeção contrátil é necessário para a morte celular regulada pelo desenvolvimento em Streptomyces coelicolor

Nature Communications volume 14, número do artigo: 1469 (2023) Citar este artigo

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Diversas espécies bacterianas produzem sistemas de injeção contrátil extracelular (eCISs). Embora intimamente relacionados às caudas contráteis dos fagos, os eCISs podem injetar proteínas tóxicas em células eucarióticas. Assim, estes sistemas são comumente vistos como mecanismos de defesa citotóxicos que não são centrais para outros aspectos da biologia bacteriana. Aqui, fornecemos evidências de que os eCISs parecem participar do complexo processo de desenvolvimento da bactéria Streptomyces coelicolor. Em particular, mostramos que S. coelicolor produz partículas eCIS durante o seu ciclo normal de crescimento, e que as estirpes sem partículas funcionais de eCIS exibem alterações pronunciadas no seu programa de desenvolvimento. Além disso, os mutantes deficientes em eCIS apresentam níveis reduzidos de morte celular e morfologia alterada durante o crescimento em meio líquido. Nossos resultados sugerem que o principal papel dos eCISs em S. coelicolor é modular a mudança de desenvolvimento que leva à formação e esporulação de hifas aéreas, em vez de atacar outras espécies.

Muitas cepas de bactérias codificam sistemas de injeção contrátil extracelular (eCIS)1,2,3. Os eCIS estão intimamente relacionados às caudas dos bacteriófagos (fagos) de cauda contrátil. Assim como as caudas, elas são compostas por um longo tubo preso a uma placa de base (Fig. 1a). As proteínas que compreendem a estrutura semelhante à cauda do eCIS são semelhantes em sequência às proteínas fágicas. No entanto, as regiões genômicas que codificam eCIS são diferenciadas das regiões da cauda do fago por codificarem invariavelmente uma AAA + ATPase de função desconhecida e uma proteína terminadora de cauda (TR) que é membro da família Pvc16_N (PF14065) Pfam . Eles também codificam frequentemente proteínas de toxinas reconhecíveis . Todos os eCIS com funções caracterizadas medeiam interações entre células bacterianas e eucarióticas. As espécies Serratia e Photorhabdus liberam estruturas eCIS, conhecidas como profagos anti-alimentação (Afp) e cassetes de virulência Photorhabdus (PVC), respectivamente, que medeiam a morte de células de insetos . Essa morte ocorre através da injeção de toxinas inseticidas codificadas a jusante do operon eCIS8,9,10. MACs (estruturas contráteis associadas à metamorfose) são eCIS distintos produzidos pela bactéria marinha, Pseudoalteromonas luteoviolacea, que são necessários para a morfogênese do verme tubular Hydroides elegans em uma interação mutualística . As estruturas de vários outros eCIS foram examinadas detalhadamente12,13,14, mas as suas funções não foram determinadas.

uma ilustração esquemática de uma partícula eCIS. O diagrama mostra os principais componentes estruturais conservados de uma cauda do eCIS. As proteínas são indicadas por abreviaturas (TR = terminador de cauda; TT = tubo de cauda; TS = bainha de cauda; BH1, BH2 = componentes do cubo da placa de base; BW1, BW2, BW3 = componentes da cunha da placa de base; BS = ponta da cauda). b, Representação esquemática do cluster eCIS de Streptomyces coelicolor (Sco). Os quadros de leitura abertos e sua direção transcricional são representados por setas de bloco e desenhados em escala. O nome do gene é mostrado no primeiro e no último genes do cluster, abrangendo de sco4242 a sco4263. A função eCIS codificada é mostrada como uma abreviatura acima de cada ORF. A anotação Afp ​​eCIS, usada em algumas outras publicações, é mostrada dentro das setas (Afp1-1619). As duas regiões promotoras divergentes são mostradas como blocos vermelhos. As direções de transcrição direta e reversa são mostradas em setas azuis acima do cluster. c, os eCIS foram purificados a partir de lisados ​​​​de Sco cultivados em meio YEME líquido durante 72 horas, conforme descrito em Métodos. As preparações purificadas foram concentradas até 30X a concentração da cultura original. Imagens eletrônicas de transmissão foram coletadas com ampliação de 100.000X. As setas brancas apontam para bainhas vazias, presentes ao lado do eCIS totalmente montado. d É mostrada uma única partícula eCIS montada em sua conformação estendida não contraída. A seta branca aponta para a placa de base e a seta preta mostra o complexo terminador de cauda. e As partículas do meio isento de células de culturas cultivadas conforme descrito no painel (c) foram ultracentrifugadas e concentradas a 30X a concentração da amostra original. Imagens coletadas com ampliação de 80.000X. As setas brancas apontam para partículas típicas da bainha da cauda contraída e vazia. Barra de escala = 100 nm. f Gráfico de dispersão do comprimento e largura das partículas derivadas de eCIS descritas em (c – e) (n = 80 para partículas intracelulares não contraídas totalmente montadas, n = 215 para partículas de bainha vazia contraídas extracelulares). Dentro de cada gráfico, as linhas horizontais indicam os valores médios, que também são mostrados acima do gráfico. As bordas verticais indicam toda a gama de distribuição de valores.