Abstract Pseudomonas aeruginosa is a severe threat to immunocompromised patients due to its numerous virulence factors and multiresistance against antibiotics. This bacterium produces and secretes various toxins with hydrolytic activities including phospholipases A, C and D. However, the function of intracellular phospholipases for bacterial virulence has still not been established. Here we demonstrate that the hypothetical gene pa2927 of P. aeruginosa encodes a novel phospholipase B named PaPlaB. PaPlaB isolated from detergent-solubilized membranes of E. coli rapidly degraded various GPLs including endogenous GPLs isolated from P. aeruginosa cells. Cellular localization studies suggest that PaPlaB is peripherally bound to the inner and outer membrane of E. coli , yet the active form was predominantly associated with the cytoplasmic membrane. In vitro activity of purified and detergent-stabilized PaPlaB increases at lower protein concentrations. The size distribution profile of PaPlaB oligomers revealed that decreasing protein concentration triggers oligomer dissociation. These results indicate that homooligomerisation regulates PaPlaB activity by a yet unknown mechanism, which might be required for preventing bacteria from self-disrupting the membrane. We demonstrated that PaPlaB is an important determinant of the biofilm lifestyle of P. aeruginosa , as shown by biofilm quantification assay and confocal laser scanning microscopic analysis of biofilm architecture. This novel intracellular phospholipase B with a putative virulence role contributes to our understanding of membrane GPL degrading enzymes and may provide a target for new therapeutics against P. aeruginosa biofilms.

Abstract Pseudomonas aeruginosa is a wide-spread opportunistic human pathogen and a high-risk factor for immunodeficient people and patients with cystic fibrosis. The extracellular lipase A belongs to the virulence factors of P. aeruginosa . The lipase undergoes folding and activation in the periplasm prior the secretion. Here, we demonstrate that the ubiquitous periplasmic chaperone Skp of P. aeruginosa , but not SurA, FkpA, PpiD or YfgM, efficiently prevents misfolding of the aggregation-prone lipase A and facilitates its activation by a specific foldase LipH. Small-angle X-ray scattering visualizes the trimeric architecture of P. aeruginosa Skp and identifies two primary conformations of the chaperone, a compact and a widely open. We describe two binding modes of Skp to the lipase, with affinities of 20 nM and 2 μM, which correspond to 1:1 and 1:2 stoichiometry of the lipase:Skp complex. Two Skp trimers are required to stabilize the lipase via the apolar interactions, which are not affected by high salt concentrations typical for the sputum of cystic fibrosis patients. The chaperoning effect of Skp points to its potent role in maturation and secretion of the lipase in Pseudomonas species.

Abstract Protein secretion is indispensable for essential cellular processes in eukaryotic cells, contributing significantly to nutrient acquisition, defense or communication. Alternative pathways bypassing the endomembrane system collectively referred to as unconventional secretion are gaining increasing attention. A number of important molecules such as cytokines, fibroblast growth factor or viral proteins are being exported through these mechanistically diverse pathways. In the fungal model Ustilago maydis , cytokinesis-dependent unconventional secretion mediates export of the chitinase Cts1 via the fragmentation zone. This membrane-rich compartment is formed during cytokinesis between mother and daughter cells. Recently, we identified Jps1, a previously uncharacterized protein, as a crucial factor for Cts1 localization and export. Combining biochemical experiments and in vivo studies, we here uncover two pivotal features of Jps1: phosphoinositide (PIP) binding and dimerization. Our findings reveal that Jps1 does not harbor a canonical PIP-binding domain but instead specifically binds to PI(4,5)P2, likely via basic residues. A conserved structural core domain of Jps1 mediates dimerization, while the flexible variable regions suggest potential diversification in different basidiomycetous species. The accumulation of Jps1 in the fragmentation zone, facilitated by its PIP affinity, provides a direct membrane recognition mechanism. This discovery sheds light on a previously unknown key feature of Jps1, elucidating its role in supporting Cts1 secretion, and representing a crucial step towards understanding the broader implications of unconventional secretion in eukaryotic cells.

Abstract Biochemical processes within the living cell occur in a highly crowded environment. The phenomenon of macromolecular crowding is not an exclusive feature of the cytoplasm and can be observed in the densely protein-packed, nonhomogeneous cellular membranes and at the membrane interfaces. Crowding affects diffusional and conformational dynamics of proteins within the lipid bilayer, and modulates the membrane organization. However, the non-invasive quantification of the membrane crowding is not trivial. Here, we developed the genetically- encoded fluorescence-based sensor for probing the macromolecular crowding at the membrane interfaces. Two sensor variants, both composed of fluorescent proteins and a membrane anchor, but differing by the flexible linker domains were characterized in vitro , and the procedures for the membrane reconstitution were established. Lateral pressure induced by membrane-tethered synthetic and protein crowders altered the sensors’ conformation, causing increase in the intramolecular Förster’s resonance energy transfer. The effect of protein crowders only weakly correlated with their molecular weight, suggesting that other factors, such as shape and charge play role in the quinary interactions. Upon their expression, the designed sensors were localized to the inner membrane of E. coli , and measurements performed in extracted membrane vesicles revealed low level of interfacial crowding. The sensors offer broad opportunities to study interfacial crowding in a complex environment of native membranes, and thus add to the toolbox of methods for studying membrane dynamics and proteostasis.

Abstract The translocon SecYEG forms the primary protein-conducting channel in the cytoplasmic membrane of bacteria, and the associated ATPase SecA provides the energy for the transport of secretory and cell envelope protein precursors. The translocation requires negative charge at the lipid membrane surface, but its dependence on the properties of the membrane hydrophobic core is not known. Here, we demonstrate that SecA:SecYEG-mediated protein transport is immensely stimulated by unsaturated fatty acids (UFAs). Furthermore, UFA-rich tetraoleoyl-cardiolipin, but not bis(palmitoyloleoyl)-cardiolipin, facilitate the translocation via the monomeric translocon. Biophysical analysis and molecular dynamics simulations show that UFAs determine the loosely packed membrane interface, where the N-terminal amphipathic helix of SecA docks. While UFAs do not affect the translocon folding, they promote SecA binding to the membrane, and the effect is enhanced manifold at elevated ionic strength. Tight SecA:lipid interactions convert into the augmented translocation. As bacterial cells actively change their membrane composition in response to their habitat, the modulation of SecA:SecYEG activity via the fatty acids may be crucial for protein secretion over a broad range of environmental conditions.