Structure of the essential inner membrane lipopolysaccharide–PbgA complex

周质间隙 细菌外膜 脂质A 多粘菌素 脂多糖 心磷脂 生物发生 细胞生物学 革兰氏阴性菌 内膜 生物化学 化学 生物 大肠杆菌 磷脂 抗生素 内分泌学 基因
作者
Thomas Clairfeuille,Kerry R. Buchholz,Qingling Li,Erik Verschueren,Peter Liu,Dewakar Sangaraju,Summer Park,Cameron L. Noland,Kelly M. Storek,Nicholas N. Nickerson,Lynn Martin,Trisha Dela Vega,Anh Miu,Janina Reeder,María Ruiz‐González,Danielle L. Swem,Guanghui Han,Daniel P. DePonte,Mark S. Hunter,Cornelius Gati,Sheerin Shahidi-Latham,Min Xu,Nicholas J. Skelton,Benjamin D. Sellers,Elizabeth Skippington,Wendy Sandoval,Emily J. Hanan,Jian Payandeh,Steven T. Rutherford
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:584 (7821): 479-483 被引量:62
标识
DOI:10.1038/s41586-020-2597-x
摘要

Lipopolysaccharide (LPS) resides in the outer membrane of Gram-negative bacteria where it is responsible for barrier function1,2. LPS can cause death as a result of septic shock, and its lipid A core is the target of polymyxin antibiotics3,4. Despite the clinical importance of polymyxins and the emergence of multidrug resistant strains5, our understanding of the bacterial factors that regulate LPS biogenesis is incomplete. Here we characterize the inner membrane protein PbgA and report that its depletion attenuates the virulence of Escherichia coli by reducing levels of LPS and outer membrane integrity. In contrast to previous claims that PbgA functions as a cardiolipin transporter6–9, our structural analyses and physiological studies identify a lipid A-binding motif along the periplasmic leaflet of the inner membrane. Synthetic PbgA-derived peptides selectively bind to LPS in vitro and inhibit the growth of diverse Gram-negative bacteria, including polymyxin-resistant strains. Proteomic, genetic and pharmacological experiments uncover a model in which direct periplasmic sensing of LPS by PbgA coordinates the biosynthesis of lipid A by regulating the stability of LpxC, a key cytoplasmic biosynthetic enzyme10–12. In summary, we find that PbgA has an unexpected but essential role in the regulation of LPS biogenesis, presents a new structural basis for the selective recognition of lipids, and provides opportunities for future antibiotic discovery. Structural and physiological studies show that the inner membrane protein PbgA is a crucial sensor of lipopolysaccharide (LPS) and regulates the activity of the LPS biosynthesis enzyme LpxC.
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