ヒト腸内細菌は食事由来および宿主由来の糖鎖を分解する細胞外小胞カーゴを調整する

ヒト腸内細菌は食事由来および宿主由来の糖鎖を分解する細胞外小胞カーゴを調整する

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2306314120

Mariana G. Sartorio https://orcid.org/0000-0001-5539-2388, Evan J. Pardue, Nichollas E. Scott https://orcid.org/0000-0003-2556-8316, and Mario F. Feldman mariofeldman@wustl.eduAuthors Info & Affiliations
編集：Ralph Isberg（タフツ大学医学部、マサチューセッツ州ボストン）；2023年4月18日受理；2023年5月24日受理
2023年6月26日受理
120 (27) e2306314120
https://doi.org/10.1073/pnas.2306314120
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第120巻｜第27号
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意義
バクテロイデス（Bacteroides）はヒトの腸内細菌叢を構成する主要な細菌属であり、特定のタンパク質を輸送するOMV（外膜小胞）を大量に産生する。ここで我々は、OMVへのタンパク質の仕分けが、負電荷を帯びた「リポタンパク質輸送シグナル」（LES）に依存することを示した。蛍光タンパク質と融合したOM（外膜）およびOMVマーカーを用い、タイムラプス蛍光顕微鏡でOMVの生合成を観察した。さらに、比較プロテオミクス解析を行い、Bt（Bacteroides thetaiotaomicron）が多糖の利用を最適化するためにOMVの含有量を積極的に変化させることを示した。我々は、BtではOMVの生産が高度に制御されていると結論づけた。バクテロイデスではOMVの役割が認識されているにもかかわらず、その生合成についてはほとんど知られていない。今後の研究では、この未解明のプロセスをさらに解明することに焦点を当てる。
要旨
細胞外小胞は生命の3つの領域すべてで産生され、その生合成は真核生物と古細菌に共通の太古の起源を持つ。細菌の小胞は数十年前に発見され、様々な役割を担っているが、細菌における小胞の生合成機構は確立されていない。このため、細菌小胞の生物学的関連性については懐疑的な見方が多い。ヒト腸内細菌叢の主要メンバーであるバクテロイデス・テタイオタオミクロン（Bt）は、多量の外膜小胞（OMV）を産生し、これが重要な生理的役割を果たすと提唱されている。ここでは、蛍光タンパク質と融合させた外膜およびOMV特異的マーカーからなる二重マーカーシステムを用い、タイムラプス顕微鏡でOMVの生合成を可視化した。さらに、比較プロテオーム解析を行い、BtではOMVのカーゴが異なる多糖類を最適に利用できるように適合していることを示した。また、負に帯電したN末端モチーフが、栄養の有無にかかわらず、タンパク質をOMVに選別するシグナルとして働くことも示した。この結果は、OMV生産がBtにおいて高度に制御されたプロセスの結果であることを示している。
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データ、資料、ソフトウェアの入手
質量分析プロテオミクスデータは、PRIDEパートナーリポジトリ経由でProteome Xchange Consortium (37) にデータセット識別子PXD036181 (38) PXD036275 (39) およびPXD036272 (40) で寄託されている。すべてのデータは本文またはSI Appendixに掲載されている。
謝辞
原稿を批判的に読んでくれたFeldman研究室のメンバー全員に感謝する。また、蛍光顕微鏡実験を手伝ってくれたWandy Beattyにも感謝する。本研究は、NIH助成金R21AI151873およびR21AI168719の支援を受けた。
著者貢献
M.F.F.が研究を計画し、M.G.S.、E.J.P.およびN.E.S.が研究を実施し、N.E.S.およびM.F.F.が新しい試薬／分析ツールを提供し、M.G.S.およびN.E.S.がデータを分析し、M.G.S.、E.J.P.およびM.F.F.が論文を執筆した。
競合利益
著者らは競合する利益はないと宣言している。
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イヌリナーゼ-GFPとOmpF-mCherryを共発現させたBtにおけるライブOMV形成。
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参考文献
1
C. Huttenhower et al., Structure, function and diversity of the healthy human microbiome. Nature 486, 207-214 (2012).
参考文献
PubMed
Google Scholar
2
T. Yatsunenko et al., ヒト腸内細菌叢は年齢と地理的な違いを超えて見ることができる。Nature 486, 222-227 (2012).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
3
A. G.ウェクスラー、A.L.グッドマン、内部の視点： バクテロイデスはマイクロバイオームの窓である。Nat. Microbiol. 2, 17026 (2017).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
4
T. S.スタッペンベック、L.v.フーパー、J.I.ゴードン、パネス細胞を介した常在微生物による腸管新生の発生制御。Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 99, 15451-15455 (2002).
クロスレビュー
PubMed
グーグル奨学生
5
E. M. Brownら、バクテロイデス由来のスフィンゴ脂質は腸の恒常性と共生を維持するために重要である。Cell Host Microbe 25, 668-680.e7 (2019).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
6
S. K. Mazmanian, C. H. Liu, A. O. Tzianabos, D. L. Kasper, 共生細菌の免疫調節分子は宿主免疫系の成熟を指令する。Cell 122, 107-118 (2005).
クロスレビュー
PubMed
グーグル奨学生
7
A. R. Pacheco et al., フコースセンシングは腸内細菌のコロニー形成を制御する。Nature 492, 113-117 (2012).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
8
D. 鄭、T. Liwinski、E. Elinav、健康と病気における微生物叢と免疫の相互作用。Cell Res. 30, 492-506 (2020).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
9
E. C.マーテンス、H.C.チェン、J.I.ゴードン、粘膜糖鎖採食は糖分解性ヒト腸内細菌共生体のフィットネスと伝播を促進する。Cell Host Microbe. 4, 447-457 (2008).
クロスレビュー
PubMed
グーグル奨学生
10
E. C. Martensら, 2種類のヒト腸内共生生物による植物細胞壁多糖の認識と分解. PLoS Biol.
クロスレビュー
PubMed
グーグル奨学生
11
A. S. Luisら, 食餌性ペクチン糖鎖はヒト大腸バクテロイデスにおいて協調的酵素経路により分解される. Nat. Microbiol. 3, 210-219 (2018).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
12
D. Ndeh et al., バクテロイデス・テタイオタミクロンによる複数のグリコサミノグリカンの代謝は、汎用性の高いコア遺伝子座によって制御されている。Nat. Commun. 11, 646 (2020).
クロスレビュー
PubMed
グーグル奨学生
13
M. ヒト成体腸内共生細菌バクテロイデス・テタイオタミクロンの哺乳期適応に関する機能ゲノムおよび代謝研究。J. Biol. Chem. 281, 36269-36279 (2006).
クロスレビュー
PubMed
グーグル奨学生
14
Y. ヒト常在菌の外膜小胞が免疫制御と疾患防御を媒介する。Cell Host Microbe 12, 509-520 (2012).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
15
R. バクテロイデス属が放出する外膜小胞に関連するセファロスポリナーゼは、β-ラクタム系抗生物質に対して腸内病原菌や常在菌を保護する。J. Antimicrob. Chemother. 70, 701-709 (2015).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
16
M. G. Sartorio, E. J. Pardue, M. F. Feldman, M. F. Haurat, 細菌外膜小胞： 発見から応用まで。Annu. Rev. Microbiol. 75, 609-630 (2021).
Crossref
パブコメ
グーグル奨学生
17
D. G. Bishop, E. Work, リジン制限条件下で増殖した大腸菌が産生する細胞外糖脂質. Biochem. J. 96, 567-576 (1965).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
18
K. 大腸菌のリジン制限培養における排泄されたリポ多糖複合体と表面構造との関係。J. Bacteriol. 92, 1206-1217 (1966).
クロスレフ
PubMed
グーグル奨学生
19
C. Coelho、A. Casadevall、微生物細胞外小胞に関する否定論者への回答。Biochem. Soc. Trans. 47, 1005-1012 (2019).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
20
W. Elhenawy, M. O. Debelyy, M. F. Feldman, Preferential packing of acidic glycosidases and proteases into Bacteroides outer membrane vesicles. mBio 5, e00909-14 (2014).
クロスレビュー
PubMed
グーグル奨学生
21
E. Valguarnera, N. E. Scott, P. Azimzadeh, M. F. Feldman, Surface exposure and packing of lipoproteins into outer membrane vesicles are coupled processes in bacteroides.
Google Scholar
22
F. mBio 7, https://doi.org/10.1128/mbio.01232-16（2016）。
Google Scholar
23
S. ラコフ・ナホウム、M. J. コイン、L. E. コムストック、ヒト腸内共生細菌間における多糖利用の生態学的ネットワーク。Curr. Biol. 24, 40-49 (2014).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
24
S. ラコフ・ナホウム、K.R.フォスター、L.E.コムストック、腸内細菌叢における協力の進化。Nature 533, 255-259 (2016).
Crossref
PubMed
Google Scholar
25
L. García-Bayona et al., ナナエアロビック増殖により、ヒト腸内共生細菌のダイナミックな細胞プロセスを直接可視化できるようになった。Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 24484-24493 (2020).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
26
M. García-López（ガルシア・ロペス）ら、1,000株型ゲノムの解析によりバクテロイデテスの分類学的分類が改善された。Front. Microbiol. 10, 2083 (2019).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
27
S. ギル、R.キャッチポール、P.フォルテール、生命の3つのドメインとその先の細胞外膜小胞。FEMS Microbiol. Rev. 43, 273-303 (2019).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
28
G. van Niel, G. D'Angelo, G. Raposo, Shedding light on the cell biology of extracellular vesicles. Nat. Cell Biol. Cell Biol. 19, 213-228 (2018).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
29
J. Schöneberg, I.-H. Lee、J. H. Iwasa、J. H. Hurley、ESCRTタンパク質による逆トポロジー膜切断。Nat. Cell Biol. Cell Biol. 18, 5-17 (2017).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
30
J. 古細菌の細胞外小胞はESCRT依存的に産生され、極限環境における遺伝子伝達と栄養循環を促進する。(2021年).
クロスレビュー
PubMed
グーグル奨学生
31
L. Turnbull et al., Explosive cell lysis as a mechanism for the biogenesis of bacterial membrane vesicles and biofilms. Nat. Commun. 7, 11220 (2016).
クロスレフ
PubMed
グーグル奨学生
32
C. グラム陰性菌の外膜小胞： 生合成と機能。Nat. Rev. Microbiol. 13, 605-619 (2015).
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
33
K. S. Karunatilaka, E. A. Cameron, E. C. Martens, N. M. Koropatkin, J. S. Biteen, Superresolution imaging captures carbohydrate utilization dynamics in human gut symbionts.
Crossref
PubMed
グーグル奨学生
34
N. A. Pudlo et al., 共生ヒト腸内細菌は、宿主粘膜糖鎖に対する代謝優先順位が変化する。
Crossref
PubMed
Google Scholar
35
M. 食物繊維を欠乏させた腸内細菌叢は、大腸粘液バリアを低下させ、病原体感受性を高める。Cell 167, 1339-1353.e21 (2016).
Crossref
PubMed
Google Scholar
36
J. 胃腸病原体カンピロバクター・ジェジュニは、常在菌バクテロイデス（Bacteroides vulgatus）の助けを借りて糖を代謝する。Commun. Biol.
クロスレフ
PubMed
Google Scholar
37
Deutsch、E. W. et al. ProteomeXchangeコンソーシアムの10年：2023年最新版。Nucleic Acids Res 51, D1539-D1548 (2023).
Crossref
PubMed
Google Scholar
38
M. G.サルトリオ、N.E.スコット、M.F.フェルドマン、異なる媒体におけるOMVと膜プロテオームの比較（OMV対膜実験）。https://www.ebi.ac.uk/pride/archive/projects/PXD036181 2022年8月25日寄託。
Google Scholar
39
M. G. Sartorio, N. E. Scott, M. F. Feldman, OMVと膜プロテオームの異なる媒体間での比較（OMV）。PRIDE. https://www.ebi.ac.uk/pride/archive/projects/PXD036275. 2022年8月25日寄託。
Google Scholar
40
M. G.サルトリオ、N.E.スコット、M.F.フェルドマン、異なる媒体間でのOMVと膜プロテオームの比較（膜実験）。PRIDE. https://www.ebi.ac.uk/pride/archive/projects/PXD036272. 2022年8月25日寄託。
Google Scholar
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