V eukaryotických buňkách hrají serin/threonin proteinkinázy (StpKs) důležitou roli při omezení virových infekcí. StpK jsou obvykle aktivovány během infekce a inhibují expresi genů v centru virové replikace.
10. srpna 2023 publikoval tým He Zhengguo na Univerzitě Guangxi (s Li Xiaohui jako prvním autorem) online článek s názvem „Mykobakteriální fág TM4 vyžaduje eukaryotickou Ser/Thr proteinkinázu podobnou eukaryotickému proteinu Ser/Thr k umlčení a úniku antifágové imunity“. který uvedl, že eukaryotický StpK7 kódovaný MSMEG_1200 je vyžadován pro Mycobacterium pubescens TM4, aby unikl bakteriální obraně v Mycobacterium pubescens.
StpK7 se nachází v genovém ostrově MSMEG_1191MSMEG_1200 a obsahuje více genů fágové rezistence podobných systému fágové rezistence BREX (odmítnutí fágů). stpK7 negativně reguluje expresi tohoto genového ostrova. Po infekci fágem TM4 je StpK7 indukován k přímé fosforylaci transkripčního regulátoru MSMEG_1198 a inhibici jeho pozitivní regulační aktivity, čímž se snižuje exprese několika downstream genů v genovém ostrově podobného BREXu. Další analýza ukázala, že geny v tomto antifágovém ostrově hrají klíčovou regulační roli v hemostáze lipidů Mycobacterium a adsorpci fágů. Celkově tato práce charakterizuje regulační síť řízenou StpK7, kterou využívá fág TM4 k vyhýbání se obraně hostitele proti Mycobacterium.
Mykobakteria patří do velké skupiny grampozitivních aktinomycet, z nichž nejznámější jsou pomalu rostoucí lidské patogeny, včetně Mycobacterium tuberculosis způsobující lidskou tuberkulózu a Mycobacterium leprae způsobující lepru. Zahrnuje také Mycobacterium pubescens, relativně rychle rostoucí, netoxickou hnilobnou bakterii. Systém CRISPR-CAS byl charakterizován u druhů Mycobacterium a prokázal odolnost vůči transformaci cizími plazmidy Kromě toho genom Mycobacterium kóduje řadu vrozených imunitních systémy, jako jsou restrikční modifikační systémy a toxin-antitoxinové systémy. Obranná funkce těchto vrozených imunitních systémů proti fágům však nebyla popsána. Je zajímavé, že u Mycobacterium pubescens může syntéza a lokalizace glykolipidů a fosfolipidů změnit adsorpční kapacitu fágů a mutace v příbuzných genech mohou ovlivnit rezistenci bakterií vůči fágům. U Mycobacterium abscessus vykazovaly kmeny s hladkou morfologií kolonií způsobenou mutacemi v genech silnější fágovou rezistenci. Regulace metabolismu glykolipidů u Mycobacterium tedy úzce souvisí s jeho fágovou rezistencí. Konkrétní cesty a mechanismy však zůstávají nedostatečně pochopeny.
Nedávno bylo u některých eukaryotních proteinů nalezených v bakteriích hlášeno, že mají obrannou funkci proti fágové infekci, jako jsou proteiny strukturální domény receptoru interleukinu Toll, které zprostředkovávají intracelulární depleci NAD+ v bakteriálních buňkách a vedou k buněčné smrti, stejně jako StpK, které potlačují virovou transkripci prostřednictvím produkce modifikovaných ribonukleotidů, jsou přítomny v eukaryotech a většině bakterií a obvykle působí jako antivirotika. U eukaryot mohou být některé StpK aktivovány virovou signalizací a dále inhibovat virovou infekci blokováním syntézy virových proteinů. U bakterií mají StpK mnoho fyziologických funkcí, jako je regulace syntézy buněčné stěny, buněčného dělení a dormance. Studie regulace StpK interakcí fág-hostitel však byla popsána pouze u několika bakterií. To má za následek fosforylaci některých proteinů spojených s translací, opravou DNA a centrálním metabolismem, což vede k buněčné smrti a tím chrání sousední buňky před fágovou infekcí U Streptomyces se StpK účastní obrany proti fágům jako součást obranného systému Pgl a BREX. , ale jeho přesná role není známa.
Schéma modelu mechanismu (obrázek od Cell Host & Microbe)
Je pozoruhodné, že genom Mycobacterium tuberculosis kóduje 11 StpK, z nichž PknA a PknB patří ke stejnému manipulátoru nezbytnému pro růst mykobakterií. Ačkoli bylo zjištěno, že tyto StpK hrají důležitou roli v syntéze buněčné stěny, morfologii a dělení buněk, transportu lipopolysacharidů, odolnosti vůči osmotickému tlaku, virulenci a mnoha dalších aspektech bakteriální fyziologie, jejich role v interakcích mykobakterií a fágů nebyly popsány. Zda jsou tyto StpK podobné eukaryotům zapojeny a jak regulují proces fágové infekce, zůstává neznámé.
TM4 je dvouvláknový DNA fág s velikostí genomu 52 797 párů bází (bp) Infikuje rychle rostoucí Mycobacterium pubescens a pomalu rostoucí Mycobacterium tuberculosis Fág TM4 se replikuje 20 minut po infekci hostitelské bakterie a lýzuje hostitelskou buňku 4 hod po infekci hostitelské buňky V současné době je široce používán pro genetickou manipulaci mykobakterií. O interakci fága TM4 s hostitelskými bakteriemi a obranných mechanismech hostitele proti fágu TM4 je však známo jen málo.
Tato studie systematicky hodnotila všech 13 neesenciálních genů StpK kódovaných genomem Mycobacterium pubescens a zjistila, že knockdown stpK7 významně zvýšil odolnost Mycobacterium vůči fágu TM4. Tato studie uvádí, že jedinečný gen StpK7 je nezbytný pro infekci fágem TM4 u Mycobacterium pubescens. Zvláště důležité je, že stpK7 se nachází v dříve nedefinovaném genovém ostrově podobnému BREX a může umlčet obranu hostitele přímou fosforylací transkripčních faktorů na ostrově, čímž udržuje adsorpční kapacitu fága TM4 a inhibuje buněčnou smrt Mycobacterium. Závěrem lze říci, že tato studie úspěšně odhalila regulační síť řízenou eukaryotickým StpK7-, kterou využívá fág TM4, aby se vyhnul obraně hostitele ostrovů genů rezistentních na fágy podobných BREX v Mycobacterium. Tato práce značně obohacuje pochopení mechanismu úhybu obrany hostitele fága Mycobacterium.
