カリウムの恒常性制御は枯草菌における二次メッセンジャー、サイクリック-ジAMPの必須機能である

Sci. Signal. 18 Apr 2017:
Vol. 10, Issue 475, eaal3011
DOI: 10.1126/scisignal.aal3011

Jan Gundlach¹, Christina Herzberg¹, Volkhard Kaever², Katrin Gunka¹, Tamara Hoffmann³, Martin Weiß¹, Johannes Gibhardt¹, Andrea Thürmer⁴, Dietrich Hertel⁵, Rolf Daniel⁴, Erhard Bremer^3,6, Fabian M. Commichau^1,7, and Jörg Stülke^1,7,*

¹ Department of General Microbiology, Georg-August-University Göttingen, 37077 Göttingen, Germany.
² Research Core Unit Metabolomics, Hannover Medical School, 30625 Hannover, Germany.
³ Department of Biology, Laboratory for Microbiology, Philipps-University Marburg, 35043 Marburg, Germany.
⁴ Department of Genomic and Applied Microbiology, Georg-August-University Göttingen, 37077 Göttingen, Germany.
⁵ Department of Plant Ecology and Ecosystems Research, Georg-August-University Göttingen, 37077 Göttingen, Germany.
⁶ LOEWE Center for Synthetic Microbiology, Philipps-University Marburg, 35043 Marburg, Germany.
⁷ Göttingen Center for Molecular Biosciences (GZMB), Georg-August-University Göttingen, 37077 Göttingen, Germany.

* Corresponding author. Email: jstuelk@gwdg.de

要約

二次メッセンジャーであるサイクリック-ジアデノシン一リン酸（c-di-AMP）は、グラム陽性モデル生物、枯草菌（Bacillus subtilis）および関連病原菌において必須である。それは、保存されたydaOリボスイッチおよびカリウム（K⁺）取り込みに関与するいくつかのタンパク質の活性を制御する。われわれは、YdaOタンパク質がいくつかの異なる細菌間で保存されていることを発見し、YdaOがK⁺輸送体として機能するという証拠を提供する。したがって、われわれは、その遺伝子とタンパク質をKimA（K⁺取り込み輸送体A）と改名した。レポーター活性アッセイは、kimAの上流調節領域のc-di-AMP応答性リボスイッチを超える発現が、低K⁺濃度の培地で増殖した細菌においてのみ起こることを示した。さらに、質量分析により、高濃度のK⁺存在下で増殖した細菌中にはc-di-AMPが蓄積するが、低濃度では蓄積しないことが示された。c-di-AMP合成酵素をコードする全ての遺伝子を欠く細菌株は、低K⁺濃度の培地中で増殖させると生存可能であったが、カチオン排出輸送体NhaKをコードする遺伝子のサプレッサー突然変異を獲得しない限り、高K⁺濃度では生存しなかった。このように、われわれの結果は、カリウムの恒常性制御がc-di-AMPの必須機能であることを示唆した。

Citation: J. Gundlach, C. Herzberg, V. Kaever, K. Gunka, T. Hoffmann, M. Weiß, J. Gibhardt, A. Thürmer, D. Hertel, R. Daniel, E. Bremer, F. M. Commichau, J. Stülke, Control of potassium homeostasis is an essential function of the second messenger cyclic di-AMP in Bacillus subtilis. Sci. Signal. 10, eaal3011 (2017).