Un système d'injection contractile est nécessaire pour la mort cellulaire régulée par le développement chez Streptomyces coelicolor

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 1469 (2023) Citer cet article

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Diverses espèces bactériennes produisent des systèmes d’injection contractile extracellulaire (eCIS). Bien qu’étroitement liés aux queues contractiles des phages, les eCIS peuvent injecter des protéines toxiques dans les cellules eucaryotes. Ainsi, ces systèmes sont généralement considérés comme des mécanismes de défense cytotoxiques qui ne sont pas essentiels aux autres aspects de la biologie bactérienne. Nous apportons ici la preuve que les eCIS semblent participer au processus de développement complexe de la bactérie Streptomyces coelicolor. En particulier, nous montrons que S. coelicolor produit des particules eCIS au cours de son cycle de croissance normal et que les souches dépourvues de particules eCIS fonctionnelles présentent des altérations prononcées dans leur programme de développement. De plus, les mutants déficients en eCIS présentent des niveaux réduits de mort cellulaire et une morphologie altérée au cours de la croissance en milieu liquide. Nos résultats suggèrent que le rôle principal des eCIS chez S. coelicolor est de moduler le changement de développement qui conduit à la formation d'hyphes aériens et à la sporulation, plutôt que d'attaquer d'autres espèces.

De nombreuses souches de bactéries codent pour les systèmes d’injection contractile extracellulaire (eCIS)1,2,3. Les eCIS sont étroitement liés aux queues de bactériophages (phages) à queue contractile. Comme les queues, elles sont composées d'un long tube attaché à une plaque de base (Fig. 1a). Les protéines comprenant la structure en forme de queue d'eCIS sont similaires en termes de séquence aux protéines de phage. Cependant, les régions génomiques codant pour eCIS se distinguent des régions de queue de phage en codant invariablement pour une AAA + ATPase de fonction inconnue et une protéine de terminaison de queue (TR) qui fait partie de la famille Pvc16_N (PF14065) Pfam4,5. Ils codent également souvent pour des protéines toxiques reconnaissables2,6,7. Tous les eCIS dotés de fonctions caractérisées interviennent dans les interactions entre les cellules bactériennes et eucaryotes. Les espèces Serratia et Photorhabdus libèrent des structures eCIS, connues respectivement sous le nom de prophages anti-alimentation (Afp) et de cassettes de virulence Photorhabdus (PVC), qui assurent la destruction des cellules d'insectes8,9. Cette destruction se produit par l'injection de toxines insecticides codées en aval de l'opéron eCIS8,9,10. Les MAC (Metamorphosis Associated Contractile structures) sont des eCIS distincts produits par la bactérie marine, Pseudoalteromonas luteoviolacea, qui sont nécessaires à la morphogenèse du ver tubicole Hydroides elegans dans une interaction mutualiste11. Les structures de plusieurs autres eCIS ont été examinées en détail12,13,14, mais leurs fonctions n'ont pas été déterminées.

une Illustration schématique d'une particule eCIS. Le diagramme montre les composants structurels de base conservés d’une queue eCIS. Les protéines sont indiquées par des abréviations (TR = terminateur de queue ; TT = tube de queue ; TS = gaine de queue ; BH1, BH2 = composants du moyeu de la plaque de base ; BW1, BW2, BW3 = composants du coin de la plaque de base ; BS = pointe de la queue). b, Représentation schématique du cluster eCIS de Streptomyces coelicolor (Sco). Les cadres de lecture ouverts et leur direction de transcription sont représentés par des flèches de bloc et sont dessinés à l'échelle. Le nom du gène est affiché sous le premier et le dernier gènes du cluster, allant de sco4242 à sco4263. La fonction eCIS codée est affichée sous forme d'abréviation au-dessus de chaque ORF. L'annotation Afp eCIS, qui est utilisée dans certaines autres publications, est affichée à l'intérieur des flèches (Afp1-1619). Les deux régions promotrices divergentes sont représentées sous forme de blocs rouges. Les directions de transcription avant et arrière sont indiquées par des flèches bleues au-dessus du cluster. c, les eCIS ont été purifiés à partir de lysats de Sco cultivés dans un milieu liquide YEME pendant 72 heures, comme décrit dans Méthodes. Les préparations purifiées ont été concentrées à 30 fois la concentration de la culture d'origine. Des images électroniques de transmission ont été collectées à un grossissement de 100 000X. Les pointes de flèches blanches pointent vers des gaines vides, présentes à côté de l'eCIS entièrement assemblé. d Une seule particule eCIS assemblée dans sa conformation étendue non contractée est représentée. La flèche blanche pointe vers la plaque de base et la flèche noire montre le complexe du terminateur de queue. e Les particules provenant des milieux acellulaires de cultures cultivées comme décrit dans le panneau (c) ont été ultracentrifugées et concentrées à 30 fois la concentration de l'échantillon d'origine. Images collectées à un grossissement de 80 000X. Les flèches blanches pointent vers des particules typiques de la gaine caudale contractée et vide. Barre d'échelle = 100 nm. f Nuage de points de la longueur et de la largeur des particules dérivées de l'eCIS décrites dans (c – e) (n = 80 pour les particules intracellulaires non contractées entièrement assemblées, n = 215 pour les particules à gaine vide contractées extracellulaires). Dans chaque tracé, les lignes horizontales indiquent les valeurs moyennes, qui sont également affichées au-dessus du tracé. Les bordures verticales dénotent l’étendue complète de la distribution des valeurs.