title: Molecular Regulation by the Second Messenger c-di-GMP in Escherichia coli: Local Signal Transduction and Novel c-di-GMP-Binding Effectors
Creators: name: Junkermeier, Eike Hendrik
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2025
Subjects: subject: Escherichia coli
subject: c-di-GMP
subject: Biofilm
subject: Glycosyltransferase
subject: Signaltransduktion
subject: Escherichia coli
subject: c-di-GMP
subject: Biofilm
subject: Glycosyltransferase
subject: signal transduction
subject: 570 Biologie

description: Signaltransduktion über den sekundären Botenstoff zyklisches di-GMP (c di GMP) reguliert in Escherichia coli (E. coli) vornehmlich die Produktion von biofilmassoziierten extrazellulären polymeren Substanzen (EPS). Die bisher charakterisierten c di GMP bindenden Effektoren sind jedoch zahlenmäßig den 12 Diguanylatcyclasen (DGCs) und 13 Phosphodiesterasen (PDEs), die c-di-GMP synthetisieren bzw. abbauen, unterlegen. E. coli besitzt ein einzelnes Protein mit einer potenziell c di GMP bindenden MshEN-Domäne, NfrB, das zusammen mit dem Protein NfrA der äußeren Membran eine Rolle in der Adsorption des Bakteriophagen N4 spielt. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass NfrB c-di-GMP mit hoher Affinität bindet und eine c-di-GMP-regulierte Glycosyltransferase (GT) ist, die eine EPS synthetisiert, die die Motilität einschränken kann und essenziell für die Infektion des Phagen N4 ist. Darüber hinaus ergab eine systematische Analyse, dass spezifisch die DGC DgcJ essenziell ist für die Infektion und direkt mit NfrB interagiert. Die Ergebnisse entsprechen Mechanismen lokaler Signaltransduktion, bei der spezifische DGCs und/oder PDEs Proteinkomplexe mit Effektoren bilden und diese lokal regulieren. Somit konnte ein weiteres Beispiel dafür gefunden werden, wie Spezifität in der c-di-GMP Signaltransduktion ermöglicht werden kann. Darüber hinaus gaben die Ergebnisse neue Einblicke in die Wirt-Interaktion des Phagen N4, der das von NfrB produzierte Exopolysaccharid als initialen Rezeptor für die Adsorption nutzt. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die bislang nicht charakterisierte GT, YaiP, die in einer Suche nach neuen c-di-GMP regulierten EPS-Synthasen in E. coli, identifiziert wurde, als Exopolysaccharid Synthese- und Sekretionssystem mit den drei Proteinen YaiS, YaiX und YaiO agiert. Dieses System produzierte ein mukoides EPS, das die Morphologie von E. coli Biofilmen deutlich änderte, wobei es ein Verbundmaterial mit amyloiden Curli-Fasern und/oder pEtN-Cellulose bilden konnte.
description: A major target of cyclic dimeric GMP (c di GMP) second messenger signalling pathways in Escherichia coli (E. coli) is the production of biofilm-associated extracellular polymeric substances. However, the characterised c di GMP binding effector systems are outnumbered by 12 diguanylate cyclases (DGCs) and 13 phosphodiesterases (PDEs), which synthesise and degrade c-di-GMP, respectively. E. coli possesses a single protein with a potentially c di GMP binding MshEN domain, NfrB, which together with the outer membrane protein NfrA is known to play a role in bacteriophage N4 adsorption. In this work, it has been shown that NfrB not only binds c-di-GMP with high affinity but is also a novel c di GMP controlled glycosyltransferase that synthesises a secreted polysaccharide, which can impede motility and is required for N4 infection. A systematic screening revealed that specifically the DGC DgcJ is required for infection by phage N4 and interacts directly with NfrB. This is in line with local c-di-GMP signalling models, where specific DGCs and/or PDEs form protein complexes with specific c-di-GMP effector/target systems. Thus, this work presented a novel example of how specificity in c di GMP signalling can be achieved. The results moreover shed new light on the host interaction of bacteriophage N4, which was found to use the exopolysaccharide secreted by NfrB as an initial receptor for adsorption. Additionally, an uncharacterized glycosyltransferase, YaiP, which was previously identified in a search for new exopolysaccharide synthases in E. coli that might be controlled by c-di-GMP, was found to function as an exopolysaccharide synthesis and secretion system with the three proteins YaiS, YaiX, and YaiO. This system was found to produce a novel mucoid EPS that significantly influenced the macrocolony morphology of E. coli biofilms by forming a composite material with amyloid curli fibres and/or pEtN cellulose.