I eukaryote celler spiller serin/treonin-proteinkinaser (StpKs) viktige roller for å begrense virusinfeksjoner. StpK-er aktiveres vanligvis under infeksjon og hemmer ekspresjonen av gener i sentrum av viral replikasjon.
10. august 2023 publiserte He Zhengguos team ved Guangxi University (med Li Xiaohui som førsteforfatter) en nettartikkel med tittelen "Mycobacterial phage TM4 requires an eukaryote-like Ser/Thr proteinkinase to silence and escape anti-phage immunity", som rapporterte at en eukaryotliknende StpK7 kodet av MSMEG_1200 er nødvendig for at Mycobacterium pubescens TM4 skal unnslippe bakteriell forsvar i Mycobacterium pubescens.
StpK7 er lokalisert på genøya MSMEG_1191MSMEG_1200 og inneholder flere fagresistensgener som ligner BREX (fagavvisning) fagresistenssystemet. stpK7 regulerer negativt uttrykket av denne genøya. Ved fag TM4-infeksjon induseres StpK7 til direkte å fosforylere den transkripsjonelle regulatoren MSMEG_1198 og hemme dens positive regulatoriske aktivitet, og reduserer dermed ekspresjonen av flere nedstrømsgener i den BREX-lignende genøya. Ytterligere analyse viste at genene på denne anti-fagøya spiller en sentral regulatorisk rolle i Mycobacterium lipidhemostase og fagadsorpsjon. Samlet sett karakteriserer dette arbeidet et regulatorisk nettverk drevet av StpK7 som utnyttes av fag TM4 for å unngå vertsforsvar mot Mycobacterium.
Mykobakterier tilhører en stor gruppe Gram-positive actinomycetes, hvorav de mest kjente er saktevoksende menneskelige patogener, inkludert Mycobacterium tuberculosis, som forårsaker human tuberkulose, og Mycobacterium leprae, som forårsaker spedalskhet. Det inkluderer også Mycobacterium pubescens, en relativt raskt voksende, ikke-giftig forråtningsbakterie. CRISPR-CAS-systemet har blitt karakterisert i Mycobacterium-arter og har vist motstand mot transformasjon av fremmede plasmider. I tillegg koder Mycobacterium-genomet for en rekke medfødte immunforsvar. systemer, slik som restriksjonsmodifikasjonssystemer og toksin-antitoksinsystemer. Imidlertid er forsvarsfunksjonen til disse medfødte immunsystemene mot fager ikke blitt beskrevet. Interessant nok, i Mycobacterium pubescens, kan syntese og lokalisering av glykolipider og fosfolipider endre fagadsorpsjonskapasitet, og mutasjoner i relaterte gener kan påvirke bakteriell motstand mot fager. Hos Mycobacterium abscessus viste stammer med jevn kolonimorfologi forårsaket av mutasjoner i genene sterkere fagresistens. Dermed er reguleringen av glykolipidmetabolismen i Mycobacterium nært knyttet til dens fagresistens. Imidlertid er de spesifikke veiene og mekanismene fortsatt dårlig forstått.
Nylig har noen eukaryote-lignende proteiner funnet i bakterier blitt rapportert å ha en forsvarsfunksjon mot faginfeksjon, slik som Toll - interleukinreseptor strukturelle domeneproteiner som medierer intracellulær NAD+ utarming i bakterieceller og fører til celledød, samt StpK, som undertrykker viral transkripsjon gjennom produksjon av modifiserte ribonukleotider, er tilstede i eukaryoter og de fleste bakterier, og fungerer vanligvis som antivirale midler. Hos eukaryoter kan noen StpK-er aktiveres ved viral signalering og hemme virusinfeksjon ytterligere ved å blokkere viral proteinsyntese. I bakterier har StpK-er mange fysiologiske funksjoner, for eksempel å regulere celleveggsyntese, celledeling og dvale. Studiet av StpK-regulering av fag-vert-interaksjoner har imidlertid bare blitt rapportert i noen få bakterier. Dette resulterer i fosforylering av noen proteiner assosiert med translasjon, DNA-reparasjon og sentral metabolisme, som fører til celledød og dermed beskytter naboceller mot faginfeksjon. I Streptomyces er StpK involvert i forsvar mot fager som en komponent av Pgl- og BREX-forsvarssystemet. , men dens nøyaktige rolle er ukjent.
Mekanismemodelldiagram (bilde fra Cell Host & Microbe)
Bemerkelsesverdig nok koder Mycobacterium tuberculosis-genomet for 11 StpK-er, hvorav PknA og PknB tilhører den samme manipulatoren som er avgjørende for mykobakteriell vekst. Selv om disse StpK-ene har vist seg å spille viktige roller i celleveggsyntese, cellemorfologi og -deling, lipopolysakkaridtransport, resistens mot osmotisk trykk, virulens og mange andre aspekter av bakteriell fysiologi, har ikke deres roller i mykobakteriell-fag-interaksjoner blitt rapportert. Hvorvidt disse eukaryote-lignende StpK-ene er involvert og hvordan de regulerer faginfeksjonsprosessen er fortsatt ukjent.
TM4 er en dobbelttrådet DNA-fag med en genomstørrelse på 52 797 basepar (bp) Den infiserer hurtigvoksende Mycobacterium pubescens og saktevoksende Mycobacterium tuberculosis TM4-fag replikerer 20 minutter etter infeksjon av vertsbakterien, og lyserer vertscelle 4 hr etter infeksjon av vertscellen Det er for tiden mye brukt til genetisk manipulasjon av mykobakterier. Imidlertid er lite kjent om interaksjonen mellom TM4-fag med vertsbakterier og vertens forsvarsmekanismer mot TM4-fag.
Denne studien evaluerte systematisk alle 13 ikke-essensielle StpK-gener kodet av Mycobacterium pubescens-genomet og fant at knockdown av stpK7 betydelig forbedret Mycobacterium-resistens mot TM4-fag. Denne studien rapporterer at det unike StpK7-genet er essensielt for TM4-faginfeksjon i Mycobacterium pubescens. Av spesiell viktighet er stpK7 lokalisert i en tidligere udefinert BREX-lignende genøy og kan dempe vertsforsvar ved direkte å fosforylere transkripsjonsfaktorer på øya, og dermed opprettholde TM4 fagadsorpsjonskapasitet og hemme Mycobacterium celledød. Som konklusjon har denne studien klart å avdekke et eukaryot-lignende StpK{10}}drevet regulatorisk nettverk som utnyttes av fag TM4 for å unngå vertsforsvaret til BREX-lignende fag-resistente genøyer i Mycobacterium. Dette arbeidet beriker i stor grad forståelsen av vertsforsvarsunnvikelsesmekanismen til Mycobacterium phage.
