細菌バイオフィルムにおける抗毒素としての環状ジグアノシン一リン酸(c-di-GMP)が遺伝体の安定性と抗生物質耐性に与える影響

Concetti Chiave

細菌バイオフィルムにおいて、細胞接着の過程で上昇する環状ジグアノシン一リン酸(c-di-GMP)が、毒素タンパク質HipHの発現と活性を制御することで、遺伝体の安定性と抗生物質耐性を決定する。

Sintesi

本研究は、細菌バイオフィルムにおける抗生物質耐性の形成メカニズムを解明したものである。

バイオフィルムの初期段階では、細胞接着の過程で環状ジグアノシン一リン酸(c-di-GMP)の濃度が上昇し、これが抗生物質耐性を持つパーシスター細胞の形成を促進することが明らかになった。

c-di-GMPは、毒素タンパク質HipHの発現と活性を制御することで、遺伝体の安定性を維持し、パーシスター細胞の形成を調節している。HipHは強力な DNase 活性を持ち、DNA二本鎖切断を引き起こすことで細胞の深い休眠状態を誘導する。一方、c-di-GMPはHipHと直接結合し、その毒性を抑制することで、適度な休眠状態を維持し、パーシスター細胞の形成を促進する。

この c-di-GMP-HipH系は、バイオフィルムに特有の新しい毒素-抗毒素システムであり、遺伝体の安定性と抗生物質耐性を決定する重要な因子である。この仕組みを標的とすることで、慢性感染症や再発性感染症の治療に役立つ可能性が示唆された。

Statistiche

バイオフィルム初期段階の細胞接着過程で、c-di-GMPの濃度が上昇する
細胞接着後のパーシスター細胞の割合が、浮遊細胞集団に比べて高い
HipHを欠損すると、c-di-GMPが高濃度でも、パーシスター細胞の割合が低下する
HipHはDNase活性を持ち、DNA二本鎖切断を引き起こす
c-di-GMPはHipHと直接結合し、その DNase活性を抑制する

Citazioni

"細胞接着は、バイオフィルム発達の初期段階における重要なプロセスであり、パーシスター細胞形成に影響を及ぼす"
"c-di-GMPは、HipHの発現と活性を制御することで、遺伝体の安定性と抗生物質耐性を決定する"
"c-di-GMPは、HipHに対する非典型的な抗毒素として機能し、バイオフィルム特有の新しい毒素-抗毒素システムを形成する"

Approfondimenti chiave tratti da

Cyclic di-GMP as an Antitoxin Regulates Bacterial Genome Stability and Antibiotic Persistence in Biofilms

by Liao,H., Yan... alle www.biorxiv.org 05-22-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.05.22.595364v1

Domande più approfondite

バイオフィルムの成熟過程でも、c-di-GMP-HipH系が遺伝体の安定性と抗生物質耐性に関与しているか?

この研究から明らかになったように、バイオフィルムの成熟過程においても、c-di-GMPとHipHの相互作用が遺伝体の安定性と抗生物質耐性に関与しています。特に、c-di-GMPはHipHの発現と活性を制御し、HipHがDNA二本鎖切断を誘発することで、バイオフィルム内のパーシスター細胞形成に影響を与えています。この系は、バイオフィルムの発達段階においても重要な役割を果たし、抗生物質に対する耐性を持つ細菌集団の持続的な感染に寄与しています。

HipHの毒性発現機構について、DNA二本鎖切断以外の経路はないか?

HipHの毒性発現機構について、DNA二本鎖切断以外の経路も考えられます。この研究では、HipHがDNA結合ドメインを持ち、DNAと相互作用することが明らかになっています。そのため、HipHがDNAに直接結合し、DNAの安定性を損なうことで細胞の成長を阻害する可能性があります。また、HipHが他の細胞内タンパク質や代謝経路にも影響を与えることで、毒性を発現する可能性も考えられます。

c-di-GMP以外の小分子が、HipHの活性を制御する可能性はないか?

c-di-GMP以外の小分子が、HipHの活性を制御する可能性も考えられます。この研究では、c-di-GMPがHipHの活性を抑制することが示されていますが、他の小分子も同様の効果を持つ可能性があります。例えば、特定の代謝産物や細胞内シグナル伝達物質が、HipHと相互作用してその活性を変化させることが考えられます。さらなる研究によって、HipHの活性を制御する他の小分子やメカニズムが明らかにされる可能性があります。