Mechanical stimuli activate gene expression via a cell envelope stress sensing pathway.
Mechanical stimuli activate gene expression via a cell envelope stress sensing pathway.
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DOI：
10.1038/s41598-023-40897-w
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发表时间：
2023-08-26
影响因子：
4.6
通讯作者：
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
机械敏感机制通常用于感知组织结构的损伤，刺激基质合成和修复。虽然这种机械调节过程在真核系统中得到了很好的认可，但尚不清楚这种过程是否发生在细菌中。在霍乱弧菌中，对承重细胞壁的破坏引起的双组分系统EhrAB的信号传导增加，这刺激了细胞壁的合成。在这里，我们表明，在没有抗生素的情况下，细胞包膜内的机械应力的变化足以刺激cirAB信号。我们使用三种不同的加载方式对单个细菌施加机械力：微流体装置内的挤压加载、直接压缩和静水压力。在所有情况下，荧光蛋白报告基因所示，在受到更大幅度的机械负荷的细胞中，ERAAB信号传导增加，因此不同形式的机械刺激激活ERAAB信号传导。去除内肽酶ShyA后细胞包膜硬度降低导致细胞包膜变形大幅增加，并显著增加了EhrAB反应，进一步支持EhrAB的反应性。我们的研究结果表明，在细菌中的机械敏感的基因调控系统，并建议，机械信号可能有助于调节细胞壁的稳态。
Mechanosensitive mechanisms are often used to sense damage to tissue structure, stimulating matrix synthesis and repair. While this kind of mechanoregulatory process is well recognized in eukaryotic systems, it is not known whether such a process occurs in bacteria. In Vibrio cholerae, antibiotic-induced damage to the load-bearing cell wall promotes increased signaling by the two-component system VxrAB, which stimulates cell wall synthesis. Here we show that changes in mechanical stress within the cell envelope are sufficient to stimulate VxrAB signaling in the absence of antibiotics. We applied mechanical forces to individual bacteria using three distinct loading modalities: extrusion loading within a microfluidic device, direct compression and hydrostatic pressure. In all cases, VxrAB signaling, as indicated by a fluorescent protein reporter, was increased in cells submitted to greater magnitudes of mechanical loading, hence diverse forms of mechanical stimuli activate VxrAB signaling. Reduction in cell envelope stiffness following removal of the endopeptidase ShyA led to large increases in cell envelope deformation and substantially increased VxrAB response, further supporting the responsiveness of VxrAB. Our findings demonstrate a mechanosensitive gene regulatory system in bacteria and suggest that mechanical signals may contribute to the regulation of cell wall homeostasis.
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影响因子：
16.6
作者：
Chen TY;Santiago AG;Jung W;Krzemiński Ł;Yang F;Martell DJ;Helmann JD;Chen P
通讯作者：
Chen P
影响因子：
3.6
作者：
Pratt, LA;Kolter, R
通讯作者：
Kolter, R
影响因子：
48
作者：
Gibson, Daniel G.;Young, Lei;Smith, Hamilton O.
通讯作者：
Smith, Hamilton O.
DOI：
10.1073/pnas.1415712111
发表时间：
2014-11-25
影响因子：
11.1
作者：
Siryaporn, Albert;Kuchma, Sherry L.;Gitai, Zemer
通讯作者：
Gitai, Zemer
影响因子：
6.7
作者：
Murtha AN;Kazi MI;Schargel RD;Cross T;Fihn C;Cattoir V;Carlson EE;Boll JM;Dörr T
通讯作者：
Dörr T