Инактиватор DSF, гомологичный FadD RpfB, активируется в Bradyrhizobium japonicum в условиях ограничения по железу

Aug 29, 2023

Том 13 научных докладов, номер статьи: 8701 (2023) Цитировать эту статью

166 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Фитопатогенные бактерии Xanthomonas Campestris pv. Campestris (Xcc) вызывает черную гниль и другие болезни растений. Xcc воспринимает диффузный сигнальный фактор (DSF) как сигнал кворума (QS), который опосредует главным образом поглощение железа и вирулентность. RpfB деактивирует DSF в этой цепи DSF–QS. Мы исследовали профили дифференциальной экспрессии генов Bradyrhizobium japonicum в условиях низкого и высокого содержания железа и обнаружили, что fadD и irr усиливаются при низком уровне железа (кратное изменение log2 0,825 и 1,716 соответственно). Помимо наличия сходных паттернов сворачивания белков и сходства функциональных доменов, FadD имел сходство последовательностей на 58% с RpfB Xcc. Комплексы RpfB-DSF и FadD-DSF имели показатели молекулярного докинга SWISSDock - 8,88 ккал/моль и - 9,85 ккал/моль соответственно, а результаты молекулярно-динамического моделирования в течение 100 нс соответствовали результатам докинга. Однако были обнаружены значительные различия между энергиями связывания FadD-DSF и RpfB-DSF, что указывает на возможный FadD-зависимый оборот DSF. Сеть белок-белкового взаимодействия показала, что FadD опосредованно связан с пермеазой транспортера ABC (ABCtp), которая также активируется (кратное изменение log2 5,485). Мы предполагаем, что состояние с низким содержанием железа может быть миметическим стимулом окружающей среды для повышения регуляции fadD у B. japonicum с целью дезактивации DSF, ингибирования поглощения железа и вирулентности соседей, продуцирующих DSF. Это открытие открывает новую возможность использования B. japonicum или генетически улучшенного B. japonicum в качестве потенциального агента биоконтроля против Xcc, с дополнительным преимуществом, заключающимся в свойствах, способствующих росту растений.

Железо — наиболее распространенный элемент в земной коре после кислорода, кремния и алюминия. Железо обычно существует в двухвалентной (Fe2+) или трехвалентной (Fe3+) степени окисления1. Трехвалентное железо имеет относительно низкую растворимость, хотя оно является преобладающей формой в насыщенной кислородом среде Земли, и это представляет собой проблему для бактерий с аэробным метаболизмом. При низком pH более растворимое двухвалентное железо наиболее распространено в анаэробной или микроаэробной среде2. Железо необходимо для активности регуляторных и метаболических ферментов, поэтому оно важно для физиологии бактерий. Однако железо может быть токсичным для клеток из-за его способности транспортировать электроны при физиологическом pH. Бактерии развили механизмы активного сбора железа из окружающей среды при его дефиците и контроля доступности внутриклеточного свободного железа при его избытке3. Этот гомеостаз железа имеет решающее значение как для вирулентности, так и для нормальных клеточных процессов1. Регулятор поглощения железа (Fur) является глобальным транскрипционным регулятором гомеостаза железа, вирулентности и окислительного стресса4. Мех широко исследовался на Escherichia coli5, и было показано, что он регулирует железозависимую экспрессию более 90 генов6. Мех действует как положительный репрессор, поскольку, когда он взаимодействует с железом (его ко-репрессором), он подавляет транскрипцию, а когда железо отсутствует, он подавляет транскрипцию6. Мех представляет собой гомодимерный ДНК-связывающий белок, который связывает один ион двухвалентного железа на субъединицу. При низких концентрациях железа аффинность апо-Fur (Fur без железа) к ДНК-связыванию примерно в 1000 раз ниже, чем у Fur, и его активность снижается, что приводит к абсорбции железа, подавлению малых РНК RyhB, снижению запасов железа и снижению железо-белковый синтез6. Сидерофоры представляют собой внеклеточные молекулы, хелатирующие трехвалентное железо, которые синтезируются бактериями для приобретения железа7. Бактериальные штаммы, которые не способны производить сидерофоры, часто используют сидерофоры, продуцируемые другими бактериальными штаммами, что дает им конкурентное преимущество в межвидовой конкуренции или в условиях ограничения железа8. У бактерий есть другие механизмы приобретения железа, включая абсорбцию гема и систему транспорта двухвалентного железа2,9. Однако у мутантных штаммов меха было обнаружено отсутствие надлежащего гомеостаза железа, а высокая концентрация внутриклеточного железа была обнаружена в результате постоянно высокой продукции сидерофоров4. У растений-хозяев мутантные штаммы меха снижали устойчивость к окислительному стрессу и снижали признаки вирулентности4,10. Эти данные подчеркивают важность железа и меха в патогенности фитопатогенных бактерий.