Kontrolle der bakteriellen Peptidoglykanbiosynthese durch Proteinphosphorylierung und regulierte Proteolyse

Abstract

Die zentrale Komponente der Zellhülle von Gram-positiven Bakterien ist die Zellwand, die durch eine dicke Peptidoglykanschicht gekennzeichnet ist. Der Peptidoglykansacculus verleiht der Zelle Stabilität und Form und schützt sie vor Umwelteinflüssen. Damit die Bakterienzelle in der Lage ist zu wachsen und sich zu teilen, findet ein ständiger Umbau des Peptidoglykannetzwerks statt. Zu diesem Zweck ist die Biosynthese neuer Peptidoglykanbausteine erforderlich. Um zu verhindern, dass die Biosynthese zu viele Ressourcen verbraucht, wird sie auf verschiedenen Ebenen streng reguliert. Eine Form der Regulation betrifft den proteolytischen Abbau von MurA, dem ersten Enzym des Biosyntheseweges. MurA wird durch die Protease ClpCP in Gegenwart von nicht- phosphoryliertem ReoM abgebaut, was zur Verringerung der Peptidoglykanbiosynthese führt. Wird ReoM jedoch durch die PASTA-eSTK PrkA phosphoryliert, ist die Interaktion von ReoM mit MurA gehemmt, der Abbau von MurA wird verhindert und die Peptidoglykanbiosynthese stabilisiert sich. Durch die Phosphatase PrpC kann die Phosphorylierung von ReoM rückgängig gemacht werden. Um herauszufinden, ob die Peptidoglykanbiosynthese stattfindet oder nicht, wurde der Phosphorylierungszustand von ReoM in vivo untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Peptidoglykanbiosynthese in der späten stationären Wachstumsphase durch die PrpC-abhängige Abnahme der ReoM-Phosphorylierung heruntergefahren wird. Die intrazelluläre Anreicherung von MurA führte ebenfalls zur Abnahme der Phosphorylierung von ReoM. Dies erforderte einen direkten Kontakt zwischen ReoM und MurA, sowie die enzymatische Aktivität von MurA und die Bindung der Substrate. Weitere Faktoren, die die ReoM-Phosphorylierung steuern, sind GpsB als Aktivator von PrkA und die PASTA-Domänen von PrkA, die ebenfalls für die volle Kinaseaktivität erforderlich sind. Proteomdaten legen außerdem nahe, dass ReoM spezifisch die ClpCP-abhängige Proteolyse von MurA steuert.

The central component of the cell envelope of Gram-positive bacteria is the cell wall, which is characterised by a thick peptidoglycan layer. The peptidoglycan sacculus ensures the stability and shape of the cell and protects it against harsh environmental conditions. In order to be able to grow and divide, a constant remodelling of the peptidoglycan network takes place. This requires the biosynthesis of new peptidoglycan building blocks. However, in order to prevent the excessive consumption of resources during peptidoglycan biosynthesis, it is strictly regulated at various levels. One form of regulation concerns the proteolytic degradation of MurA, the first enzyme in the biosynthetic pathway. In the presence of non-phosphorylated ReoM, MurA is degraded by the protease ClpCP, which leads to a reduction in peptidoglycan biosynthesis. However, ReoM can be phosphorylated by the PASTA-eSTK PrkA. This phosphorylation inhibits the interaction between ReoM and MurA and prevents the degradation of MurA. As a result, the biosynthesis of peptidoglycan is maintained. The phosphatase PrpC can reverse the phosphorylation of ReoM. To see under which conditions peptidoglycan biosynthesis takes place or not, the phosphorylation state of ReoM was analysed in vivo. The results show that peptidoglycan biosynthesis is down- regulated in the late stationary phase of growth by the PrpC-dependent decrease in ReoM phosphorylation. The intracellular accumulation of MurA also led to a decrease in the phosphorylation of ReoM. For this direct contact between ReoM and MurA. This required direct contact between ReoM and MurA. MurA also had to be enzymatically active and able to bind its substrates. Other factors controlling ReoM phosphorylation were GpsB, which acts as an activator of PrkA, and the PASTA domains of PrkA, which are also required for full kinase activity. Proteomic data also suggest that ReoM specifically controls ClpCP-dependent proteolysis of MurA.