Interrupting biosynthesis of O-antigen or the lipopolysaccharide core produces morphological defects in Escherichia coli by sequestering undecaprenyl phosphate
- 作者
- Matthew A. Jorgenson, Kevin D. Young
- 单位
- Department of Microbiology and Immunology, University of Arkansas for Medical Sciences, Little Rock, AR 72205, USA
- 杂志
- Journal of Bacteriology（2017）
- DOI
- 10.1128/JB.00550-16
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
研究O-抗原或LPS核心生物合成中断是否通过隔离Und-P间接损害肽聚糖（PG）合成，进而导致细胞形态缺陷。
研究策略
构建O-抗原生物合成途径（ΔwzxB、ΔwaaL等）和LPS核心合成（ΔwaaC、ΔwaaF）的缺失突变体，并通过删除wecA阻断O-抗原起始、过表达uppS增加Und-P池、过表达murA或wecG改变底物流向等遗传学手段，验证形态缺陷是由Und-P隔离所致。
研究路线图
核心内容
该研究以大肠杆菌为对象，探究O-抗原或脂多糖核心生物合成中断导致细胞形态缺陷的机制。作者构建了缺失wzxB、waaL、waaC、waaF等基因的突变体，并借助删除wecA阻断O-抗原起始、过表达uppS增加十一异戊烯基磷酸（Und-P）池、过表达murA或wecG改变底物流向等遗传操作验证假设。结果显示，缺失wzxB或waaL引发严重形态缺陷，ΔwzxB细胞前向散射面积分布增加3.8倍，ΔwaaL细胞平均宽度增加40%、长度增加62%；而缺失wecA可逆转上述缺陷。过表达uppS、murA或wecG能抑制ΔwaaL和ΔwaaC的形态异常。ΔwaaC和ΔwaaF细胞呈保龄球瓶或蝌蚪形。在ECA缺陷背景下，ΔwecBΔwbbK双突变体细胞显著增大并偶尔分枝。这些结果证明O-抗原和肽聚糖合成竞争共同的Und-P池，积累的O-抗原中间体通过隔离Und-P损害肽聚糖合成，进而导致形态缺陷，提示许多基于相应突变体研究糖复合物功能的工作需重新评估。
创新点
首次证明O-抗原和LPS核心生物合成中断通过隔离Und-P间接影响PG合成，并指出许多先前研究因未控制Und-P隔离效应而需重新评估。
研究对象（12）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli | O-抗原生物合成 | wbbL | WbbL | 催化 | 鼠李糖基转移酶，恢复O-抗原产生 |
| Escherichia coli | O-抗原生物合成 | wzxB | WzxB | 转运 | O-抗原翻转酶，缺失导致Und-PP-连接中间体积累 |
| Escherichia coli | O-抗原生物合成 | waaL | WaaL | 催化 | O-抗原连接酶，将O-抗原连接到脂质A核心 |
| Escherichia coli | O-抗原生物合成 | wecA | WecA | 催化 | 将GlcNAc-1-磷酸转移到Und-P上起始O-抗原和ECA合成 |
| Escherichia coli | O-抗原生物合成 | wbbK | WbbK | 催化 | O-抗原重复单位糖基转移酶 |
| Escherichia coli | O-抗原生物合成 | wbbJ | WbbJ | 催化 | O-抗原重复单位修饰酶，推测参与糖基转移或乙酰化 |
| Escherichia coli | ECA生物合成 | wecB | WecB | 催化 | UDP-GlcNAc 2-表异构酶，参与ECA合成 |
| Escherichia coli | LPS核心生物合成 | waaC | WaaC | 催化 | 庚糖基转移酶I，添加第一个庚糖 |
| Escherichia coli | LPS核心生物合成 | waaF | WaaF | 催化 | 庚糖基转移酶II，添加第二个庚糖 |
| Escherichia coli | Und-P合成 | uppS | UppS | 催化 | 十一异戊烯基焦磷酸合酶，过表达增加Und-P池 |
| Escherichia coli | 肽聚糖合成 | murA | MurA | 催化 | UDP-GlcNAc烯醇丙酮酸转移酶，PG合成第一个限速步骤 |
| Escherichia coli | ECA生物合成 | wecG | WecG | 催化 | 糖基转移酶，参与ECA链延伸，与WbbL竞争Und-PP-GlcNAc |
关键发现
- 缺失wzxB或waaL导致严重形态缺陷，其中ΔwzxB细胞前向散射面积分布增加3.8倍，ΔwaaL细胞平均宽40%、长62%（n=254）
- ΔwecA细胞平均长7%、宽9%（n=219）。删除wecA可逆转ΔwzxB和ΔwaaL的形态缺陷。过表达uppS、murA或wecG可抑制ΔwaaL和ΔwaaC的形态缺陷。ΔwaaC和ΔwaaF细胞呈保龄球瓶或蝌蚪形。在ECA缺陷背景下，ΔwecBΔwbbK或ΔwecBΔwbbJ双突变体细胞显著增大并偶尔分枝。
研究结论
O-抗原和肽聚糖合成途径竞争共同的Und-P池，积累O-抗原中间体会隔离Und-P，损害PG合成，导致形态缺陷。许多先前使用突变体研究糖复合物生理功能的实验需重新评估。