Гиперпродукция белка HtrA повышает выживаемость клеток Bacillus subtilis в условиях стресса и стимулирует формирование биопленки

Л.С. Чернова, И.С. Шарафутдинов, А.Р. Каюмов

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

HtrA (High temperature requirement A) – индуцируемые тепловым шоком сериновые протеиназы. В клетках про- и эукариот эти ферменты осуществляют качественный белковый контроль путем гидролиза денатурированных белков, тем самым предохраняя клетки от последствий различных стрессов. У многих микроорганизмов они являются фактором патогенности. Для стрептококков показано участие фермента в кворум-за­висимых процессах и образовании биопленки. В настоящей работе получен штамм Bacillus subtilis HtrA Hy с гиперпродукцией белка HtrA и охарактеризованы его физиологические особенности. Повышенное содержание HtrA привело к более высокой жизнеспособности клеток штамма B. subtilis HtrA Hy в условиях температурного, этанольного и солевого стрессов по сравнению с исходным. Кроме этого, полученный штамм характеризуется образованием более плотной биопленки с повышенным содержанием внеклеточного матрикса. Окраска колоний Конго красным показала, что повышенный синтез белка HtrA сопровождается также интенсивным синтезом амилоидных белков и выраженным роением клеток в колонии. Вероятно, это связано с влиянием фермента на регуляторные процессы, возможно, за счет гидролиза сигнальных регуляторных пептидов.

Ключевые слова: протеаза HtrA, образование биопленки, жизнеспособность, температурный стресс, гиперпродукция протеазы

Литература

  1. Clausen T., Kaiser M., Huber R., Ehrmann M. HTRA proteases: Regulated proteolysis in protein quality control // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. – 2011. – V. 12, No 3. – P. 152–162. – doi: 10.1038/nrm3065.
  2. Skórko-Glonek J., Wawrzynów A., Krzewski K., Kurpierz K., Lipińska B. Site-directed mutagenesis of the HtrA (DegP) serine protease, whose proteolytic activity is indispensable for Escherichia coli survival at elevated temperatures // Gene. – 1995. – V. 163, No 1. – P. 47–52. – doi: 10.1016/0378-1119(95)00406-V.
  3. Seol J.H., Woo S.K., Jung E.M., Yoo S.J., Lee C.S., Kim K.J., Tanaka K., Ichihara A., Ha D.B., Chung C.H. Protease Do is essential for survival of Escherichia coli at high temperatures: Its identity with the htrA gene product // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 1991. – V. 176, No 2. – P. 730–736. – doi: 10.1016/S0006-291X(05)80245-1.
  4. Gottesman S. Proteases and their targets in Escherichia coli // Annu. Rev. Genet. – 1996. – V. 30. – P. 465–506. – doi: 10.1146/annurev.genet.30.1.465.
  5. Gottesman S., Wickner S., Maurizi M.R. Protein quality control: Triage by chaperones and proteases // Genes Dev. – 1997. – V. 11, No 7. – P. 815–823. – doi: 10.1101/gad.11.7.815.
  6. Visick J.E., Clarke S. Repair, refold, recycle: how bacteria can deal with spontaneous and environmental damage to proteins // Mol. Microbiol. – 1995. – V. 16, No 6. – P. 835–845. doi: 10.1111/j.1365-2958.1995.tb02311.x.
  7. Krojer T., Sawa J., Schäfer E., Saibil H.R., Ehrmann M., Clausen T. Structural basis for the regulated protease and chaperone function of DegP // Nature. – 2008. – V. 453, No 7197. – P. 885–890. – doi: 10.1038/nature07004.
  8. Skorko-Glonek J., Zurawa-Janicka D., Koper T., Jarzab M., Figaj D., Glaza P., Lipinska B. HtrA protease family as therapeutic targets // Curr. Pharm. Des. – 2013. – V. 19, No 6. – P. 977–1009. – doi: 10.2174/1381612811319060003.
  9. Hyyryläinen H.-L., Bolhuis A., Darmon E., Muukkonen L., Koski P., Vitikainen M., Sarvas M., Prágai Z., Bron S., van Dijl J.M., Kontinen V.P. A novel two-component regulatory system in Bacillus subtilis for the survival of severe secretion stress // Mol. Microbiol. – 2001. – V. 41, No 5. – P. 1159–1172. – doi: 10.1046/j.1365-2958.2001.02576.x.
  10. Coleman H.R., Chan C.C., Ferris F.L. III, Chew E.Y. Age-related macular degeneration // Lancet. – 2008. – V. 372, No 9652. – P. 1835–1845. – doi: 10.1016/S0140-6736(08)61759-6.
  11. Vande Walle L., Lamkanfi M., Vandenabeele P. The mitochondrial serine protease HtrA2/Omi: An overview // Cell Death Differ. – 2008. – V. 15, No 3. – P. 453–460. – doi: 10.1038/sj.cdd.4402291.
  12. Chien J., Ota T., Aletti G., Shridhar R., Boccellino M., Quagliuolo L., Baldi A., Shridhar V. Serine protease HtrA1 associates with microtubules and inhibits cell migration // Mol. Cell. Biol. – 2009. – V. 29, No 15. – P. 4177–4187. – doi: 10.1128/MCB.00035-09.
  13. Pallen M.J., Wren B.W. The HtrA family of serine proteases // Mol. Microbiol. – 1997. – V. 26, No 2. – P. 209–221. – doi: 10.1046/j.1365-2958.1997.5601928.x.
  14. Sambrook J.E., Fritsch F., Maniatis T. Molecular cloning: A laboratory manual: 3 v. – N. Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989. – 1626 p.
  15. Kayumov A.R., Khakimullina E.N., Sharafutdinov I.S., Trizna E.Y., Latypova L.Z., Lien H.T., Margulis A.B., Bogachev M.I., Kurbangalieva A.R. Inhibition of biofilm formation in Bacillus subtilis by new halogenated furanones // J. Antibiot. (Tokyo). – 2015. – V. 68, No 5. – P. 297–301. – doi: 10.1038/ja.2014.143.
  16. Каюмов А.Р., Балабан Н.П., Марданова А.М., Костров С.В., Шарипова М.Р. Биосинтез субтилизиноподобной сериновой протеиназы Bacillus intermedius в условиях солевого стресса // Микробиология. – 2006. – Т. 75, № 5. – С. 642–648.
  17. O'Toole G.A., Kolter R. Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signalling pathways: A genetic analysis // Mol. Microbiol. – 1998. – V.28, No 3. – P. 449–461. – doi: 10.1046/j.1365-2958.1998.00797.x.
  18. Noone D., Howell A., Devine K.M. Expression of ykdA, encoding a Bacillus subtilis homologue of HtrA, is heat shock inducible and negatively autoregulate // J. Bacteriol. – 2000. – V. 182, No 6. – P. 1592–1599. – doi: 10.1128/JB.182.6.1592-1599.2000.
  19. Noone D., Howell A., Collery R., Devine K.M. YkdA and YvtA, HtrA-like serine proteases in Bacillus subtilis, engage in negative autoregulation and reciprocal cross-regulation of ykdA and yvtA gene expression // J. Bacteriol. – 2001. – V. 183, No 2. – P. 654–663. – doi: 10.1128/JB.183.2.654-663.2001.
  20. Clausen T., Southan C., Ehrmann M. The HtrA family of proteases. Implications for protein composition and cell fate // Mol. Cell. – 2002. – V. 10, No 3. – P .443–455. – doi: 10.1016/S1097-2765(02)00658-5.
  21. Peterson S.N., Sung C.K., Cline R., Desai B.V., Snesrud E.C., Luo P., Walling J., Li H., Mintz M., Tsegaye G., Burr P.C., Do Y., Ahn S., Gilbert J., Fleischmann R.D., Morrison D.A. Identification of competence pheromone responsive genes in Streptococcus pneumoniae by use of DNA microarrays // Mol. Microbiol. – 2004. – V. 51, No 4. – P. 1051–1070. – doi: 10.1046/j.1365-2958.2003.03907.x.
  22. Sebert M.E., Palmer L.M., Rosenberg M., Weiser J.N. Microarray-based identification of htrA, a Streptococcus pneumoniae gene that is regulated by the CiaRH two-component system and contributes to nasopharyngeal colonization // Infect. Immun. – 2002. – V. 70, No 8. – P. 4059–4067. doi: 10.1128/IAI.70.8.4059-4067.2002.
  23. Sharafutdinov I., Shigapova Z., Baltin M., Akhmetov N., Bogachev M., Kayumov A. HtrA protease from Bacillus subtilis suppresses the bacterial fouling of the rat skin injuries // J. BioNanoSci. – 2016. – V. 6, No 4. – P. 564–567. – doi 10.1007/s12668-016-0281-2.
  24. Romero D., Aguilar C., Losick R., Kolter R. Amyloid fibers provide structural integrity to Bacillus subtilis biofilms // Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. – 2010. – V. 107, No 5. –P. 2230–2234. – doi: 10.1073/pnas.0910560107.
  25. Biswas S., Biswas I. Role of HtrA in surface protein expression and biofilm formation by Streptococcus mutans // Infect. Immun. – 2005. – V. 73, No 10. – P. 6923–6934. – doi: 10.1128/IAI.73.10.6923-6934.2005.

Поступила в редакцию

14.12.16


Чернова Лилия Сергеевна, лаборант-исследователь НИЛ «Молекулярная генетика микроорганизмов»

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: lsch-888@live.com

Шарафутдинов Иршад Султанович, младший научный сотрудник НИЛ «Молекулярная генетика микроорганизмов»

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: irwad@yandex.ru

Каюмов Айрат Рашитович, кандидат биологических наук, доцент кафедры генетики

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: kairatr@yandex.ru


Для цитирования: Чернова Л.С., Шарафутдинов И.С., Каюмов А.Р. Гиперпродукция белка HtrA повышает выживаемость клеток Bacillus subtilis в условиях стресса и стимулирует формирование биопленки // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2017. – Т. 159, кн. 2. – С. 262–271.

For citation: Chernova L.S., Sharafutdinov I.S., Kayumov A.R. HtrA protein hyperproduction increases the viability of Bacillus subtilis cells under the stress conditions and stimulates biofilm formation. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2017, vol. 159, no. 2, pp. 262–271. (In Russian)


Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.