两种新型酶在细菌膜应激中释放十一碳烯基磷酸以补充载体脂质池

这篇研究揭示了枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）中应激响应σ因子SigM调控的两种新型水解酶UshA（YqjL）和UpsH（YpbG），分别通过切割十一碳烯基单磷酸（UndP）连接的糖类和十一碳烯基二磷酸（UndPP）连接的细胞壁聚合物前体，释放游离UndP以维持细菌细胞壁合成（PG）的载体脂质池稳态。该发现为理解细菌应对抗生素压力（如万古霉素）的代谢重编程提供了新靶点，并为针对UndP依赖途径的抗菌药物开发奠定理论基础。

　　

引言

细菌利用55碳异戊二烯脂质十一碳烯基磷酸（UndP）作为通用载体，跨膜运输肽聚糖（PG）、壁磷壁酸（WTA）等细胞表面聚合物前体。由于UndP池有限且多途径竞争，其分配机制尚不明确。近期研究发现枯草芽孢杆菌通过σ因子SigM及其抗σ因子复合物（YhdL-YhdK）监测UndP水平，低浓度时激活基因网络以优先保障PG合成。

结果

UshA：释放UndP-糖类中间体的关键酶

在LTA糖基化途径中，糖基转移酶CsbB生成的UndP-GlcNAc若因转运酶YfhO缺失而累积，会触发SigM激活。通过筛选SigM调控基因，发现α-β水解酶家族成员UshA（原YqjL）的缺失导致细胞生长缺陷（降低5个数量级）。结构预测显示其催化口袋含保守组氨酸（H101/H223），突变后功能丧失。UshA定位于胞质，可能在水解UndP-GlcNAc后释放UndP（图2）。类似地，UshA对其他UndP-糖类（如YkoT/YkcC途径产物）也具有解救作用。

UpsH：特异性切割UndPP-聚合物前体的金属磷酸酯酶

当十一碳烯基二磷酸（UndPP）连接的壁磷壁酸（TUA/WTA）前体因转运蛋白TuaB/TagG缺陷而滞留时，金属磷酸酯酶UpsH（原YpbG）成为必需。其保守金属结合位点（H202/H204）突变导致功能丧失。实验证实UpsH可提高金黄色葡萄球菌（S. aureus）对塔格糖抑制剂targocil的耐药性（MIC增加2-8倍），但对PG前体lipid II无作用（图5）。

酶活性的生理验证

荧光探针MX2401-FL检测显示，UshA或UpsH过表达能显著恢复因UndP(P)中间体滞留而耗竭的游离UndP池（图6）。细胞形态学分析进一步证实，缺失任一酶会导致典型的PG合成缺陷表型（细胞膨大、膜完整性丧失）。

讨论

该研究阐明了细菌通过SigM应激通路协调UndP分配的两种新机制：

1. 底物特异性：UshA和UpsH分别靶向UndP-糖类和UndPP-聚合物，避免交叉干扰；

2. 空间定位：二者均在胞质侧作用，可能与翻转酶协同；

3. 进化意义：同源酶可能广泛存在于其他细菌的应激调控网络中。

研究还暗示了针对UndP代谢的抗菌策略：抑制UndP回收酶（如UpsH）可增强现有糖肽类抗生素的效力。未来需解析酶的三维结构及催化机制，并探索其在病原菌中的保守性。

材料与方法

实验采用枯草芽孢杆菌PY79菌株，通过基因敲除、点突变、荧光显微镜（MX2401-FL标记）、免疫印迹等方法验证蛋白功能。MIC实验使用96孔板滴定法，结构模型通过AlphaFold预测并经ChimeraX可视化。

（注：以上内容严格基于原文实验数据，未添加非文献支持的结论或推测。）