大腸菌における7つのLysR型転写因子の役割と特徴をシステムアプローチで発見

Scientific Reports volume 12、記事番号: 7274 (2022) この記事を引用

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大腸菌 K-12 株はおそらく最もよく知られたモデル細菌ですが、そのすべての転写因子 (TF) の正体や機能はわかっていません。 一連の相乗的方法を使用して、大腸菌 BW25113 における TF の生理学的機能を系統的に発見することが可能になりました。 ChIP-exo、増殖表現型解析、保存遺伝子クラスタリング、トランスクリプトーム解析など。 大腸菌 K-12 ゲノム上に見られる 47 個の LysR 型 TF (LTF) のうち、多くは窒素源の利用またはアミノ酸代謝を調節します。 しかし、19 個の LTF は不明のままです。 この研究では、これら 19 種類の LTF のうち 7 種類、YbdO、YbeF、YcaN、YbhD、YgfI、YiaU、YneJ の制御を解明しました。 我々は、(1) YbdO (暫定的に CitR と改名) 制御が、クエン酸補給による低 pH での細菌の増殖に影響を与えることを示します。 CitR は ybdNM オペロンのリプレッサーであり、クエン酸リアーゼ遺伝子 (citCDEFG) の制御に関与しています。 (2) YgfI (暫定的に DhfA と改名) はホスホトランスフェラーゼ系をコードする dhaKLM オペロンを活性化し、DhfA はギ酸、グリセロール、ジヒドロキシアセトンの利用に関与します。 (3) YiaU (暫定的に LpsR と改名) は外膜タンパク質をコードする yiaT 遺伝子を制御し、waaPSBOJYZU オペロンも定常期の細胞密度と微好気性のオキサシリン耐性を決定するのに重要です。 (4) YneJ (ここでは PtrR と改名) は、コハク酸セミアルデヒドデヒドロゲナーゼである Sad (YneI としても知られる) の発現を直接制御し、fnrS (低分子 RNA 分子) の制御因子であると予測されています。 PtrR は、窒素/エネルギー源としての l-グルタミン酸とプトレシンの存在下での細菌の増殖に重要です。 (5) YbhD と YcaN はゲノム上の隣接する y 遺伝子を制御します。 このようにして、4つのLTFの機能を確立し、3つのLTFの標的遺伝子を同定しました。

最近、特徴づけられていない LysR 型転写因子 (LTF) の役割が、特徴づけられていない TF (yTF) 欠失変異体のトランスクリプトーム解析 (機械学習ベース)、遺伝子クラスタリング、DNA の検出などの複数のアプローチによって特定されています。結合部位1. トランスポーターおよび酵素として注釈が付けられた予測された yTF ターゲットは、TF の生理学的役割を定義します。 EcoCyc、Fitness Browser、および iModulonDB からの知識と TF DNA 結合データを組み合わせることで、さまざまな増殖条件下での yTF の推定生理学的機能に関する仮説が提供されました 2。 実際、一例として、TF の 1 つである PunR の機能が、窒素源としてのアデノシン利用に重要なプリン輸送体である punC の活性化因子であることが最近発見されました。 最近、csgD の新規調節因子が、yTF: YbiH、YdcI、YhjC、YiaU、YjgJ および YjiR を含む 198 個の精製 TF のプロモーター特異的スクリーニングによって発見されました。 csgD の 2 つの調節因子、リプレッサー YiaJ とアクティベーター YhjC (RcdB に改名) が見つかりました 3。 YbiH DNA結合部位を検出するためのSELEX法とyTF欠失変異体に対する抗生物質感受性を用いて、CecR(YbiH)4の機能を予測した。

特定の増殖条件下での TF 欠失変異体の RNA-seq データは、変異によって影響を受ける転写に関する情報を提供します (図 1)。 大腸菌において、LTF はアミノ酸 (AA)、プリン、ジカルボン酸代謝、窒素同化 (NAC)、抗生物質耐性、病原性の制御因子です。 LTF 調節タンパク質は、TA に富む調節結合部位と活性化結合部位 (ABS) で 50 ～ 60 bp の領域を保護し、さまざまな代謝経路を調節します。 LTF は、その制御因子をコードする遺伝子に隣接する保存された遺伝子クラスターを制御することが知られています 5 が、さらに、LTF の自動制御も共通の特性です。 HTH 型調節因子の最大のファミリーの 1 つである LTF には、N 末端ヘリックス-ターン-ヘリックス DNA 結合ドメインと C 末端コインデューサー結合ドメインが含まれています（図 S1）。 LTF が広範に保存されていることを考えると、LTF は共通の制御特性を使用して、多様な生理学的機能を持つ多種多様な標的遺伝子を制御している可能性があります。