Войти
Рисунок 1. Схематическая диаграмма базовой структуры тримерного автотранспорта адгезина 
Рисунок 2. Якорный домен С-концевой мембраны отчетливо виден справа синим цветом. Стержневой домен можно увидеть красным. В молекулярной биологии, тримерные аутотранспортеры (TAA ) - это белки, обнаруженные на внешней стороне мембрана грамотрицательных бактерий. Бактерии используют TAA для заражения своих хостов клеток с помощью процесса, называемого клеточной адгезией. TAA также имеют другое название, олигомерный coiled-coil адгезины, которое сокращается до OCA. По сути, это факторы вирулентности, факторы, которые делают бактерии вредоносными и заразными для организма-хозяина .
TAA - это лишь один из многих методов, которые бактерии используют для заражения своих хозяев, инфекция приводит к заболеваниям такие как пневмония, сепсис и менингит. Большинство бактерий заражают своего хозяина с помощью метода, называемого путь секреции. TAA являются частью пути секреции, а точнее системы секреции Vc типа ..
Тримерные аутотранспортеры адгезины имеют уникальную структуру. Структура, которую они держат, имеет решающее значение для их функции. Похоже, что все они имеют структуру «голова-стебель-якорь». Каждый TAA состоит из трех идентичных белков, отсюда и название тримерный. После того, как мембранный якорь вставлен во внешнюю мембрану, домен-пассажир проходит через него во внеклеточную среду хозяина автономно, отсюда и описание автотранспортера. После сборки головной домен прикрепляется к элементу внеклеточного матрикса хозяина, например, коллаген, фибронектин и т. Д.
Большинство TAA имеют сходную структуру белка. При наблюдении с помощью электронной микроскопии структура была описана как форма «леденца на палочке», состоящая из N-концевого головного домена, стеблевого домена и C-концевого мембранный якорный домен. Часто в литературе они упоминаются как пассажирский домен, содержащий N-конец, голову, шею и спиральный стержень, а также домен транслокации, относится к С-концевому мембранному якорю. Хотя все TAA несут общий мембранный якорь, не все они могут содержать одновременно стебель и головку. Кроме того, все мембранные якорные домены относятся к левостороннему параллельному типу.
Рисунок 3. Расположение белковых доменов тримерного автотранспортера адгезина, BadA На этом рисунке показаны головной, стеблевой и якорные домены. На нем серым цветом изображена голова в форме Яда. Стебель содержит повторы, окрашенные в зеленый цвет, а якорь мембраны - в красный. Приведенная ниже последовательность показывает окраску в соответствии с расположением домена и сайтами расщепления протеазой красным (трипсин) и синим (химотрипсин). (Рисунок взят из журнала открытого доступа, находящегося в открытом доступе, Public Library of Science (PLoS) Pathogen | ESPR | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Identifiers | |||||||||
| Symbol | ESPR | ||||||||
| Pfam | PF13018 | ||||||||
| |||||||||
Расширенная область сигнального пептида (ESPR) находится на N-конце сигнальных пептидов белков, принадлежащих к системам секреции типа V. Функция ESPR заключается в том, чтобы способствовать перемещению внутренней мембраны, действуя в качестве временной привязки. Это предотвращает накопление неправильно свернутых белков. ESPR можно разделить на отдельные области, они следующие: N1 (заряженный), H1 (гидрофобный ), N2, H2 и C (сайт расщепления ) домены. N1 и H1 образуют ESPR и обладают сильной консервацией.
Функция : Есть несколько ролей, которые считается, что область расширенного сигнального пептида старый. Во-первых, биогенез белков в системе секреции типа V (T5SS). Во-вторых, считается, что белок нацеливается на внутреннюю мембрану для транслокации либо путем пути распознавания сигнала частицы (SRP), либо путем транслокации двойного аргинина (TAT). В-третьих, наблюдали и полагали, что он регулирует скорость миграции белка в периплазму.
Структура : Этот конкретный домен представляет собой тример одноцепочечного, левостороннего сдал бета-спирали. Они объединяются, чтобы сформировать левосторонний бета-валок с девятью спиралями. Он содержит мотивы последовательностей, которые сильно похожи на другие головки TAA. Это указывает на то, что при сравнении структуры белков есть много общего. Головной домен соединен со стеблем короткой высококонсервативной последовательностью, которую часто называют шейкой или иногда называют соединительной.
Функция : Функция этого белкового домена заключается в связывании с внеклеточный матрикс хозяина, прежде всего фибронектин, коллаген и ламинин. Головной домен очень важен для прикрепления к клетке-хозяину и для аутоагглютинации, прилипания к самому себе.
Рисунок 4. Сравнение головных доменов в различных тримерных аутотранспортерах адгезинов (рисунок использован из журнал открытого доступа, общественное достояние, Public Library of Science (PLoS) Pathogen) Существует несколько типов головного домена. Каждый домен помогает голове связываться с разными компонентами внеклеточного матрикса. Это следующие: YadA-подобный головной домен, Trp-кольцо, GIN, FxG, HIN1 и HIN2. Эта статья посвящена первым трем упомянутым.
YadA-подобная головка состоит из одноцепочечных левых бета-спиралей, которые соединяются в дальнейшем, образуя левосторонний параллельный бета-валик с девятью витками. (LPBR). Это самая плотная из известных структур бета-валков, обнаруженная первой. Головной домен YadA имеет восемь повторяющихся мотивов, каждый из четырнадцати остатков в длину.
Кольцо Trp является второй наиболее распространенной головкой TAA. Trp представляет собой аминокислоту, названную триптофаном. Кольцо Trp получило свое название из-за высоких уровней триптофана, обнаруженных в С-концевой части головного домена. Они работают за счет стабилизации перехода между спиральной спиралью и бета-меандром, где голова встречается с шеей или стеблем. Во многих случаях за кольцом Trp часто следует домен GIN.
Домен GIN - это головной домен, названный в честь его мотива последовательности GIN (Глицин - Изолейцин - Аспарагин ) мотив. Он имеет полностью бета-структуру, благодаря которой две пары антипараллельных бета-листов соединены диагонально идущим расширенным бета-листом. Затем листы складываются, образуя бета-призму, каждая стенка которой состоит из пяти бета-нитей. За доменом GIN часто следует шейный домен.
Структура : Горловой домен представляет собой гомотример, в котором связаны три одинаковых субъединицы. Все три субъединицы расположены таким образом, что они напоминают структуру, подобную «английской булавке».
Функция : Функция шейного домена заключается в том, чтобы быть переходником между большим диаметром бета -спирали и меньшая витая катушка. Кроме того, как и его конструкция с предохранительным штифтом, он также выполняет функцию скрепления всех трех мономеров вместе и прикрепляет их к области головы. Это увеличивает стабильность шейного домена.
Существует семь различных типов шейных доменов. Это следующие: ISneck1, ISneck2, коннектор HANS, DALL-1, DALL-2, DALL-3 и шейный домен. Эта запись посвящена домену ISneck.
Домен ISneck - это тип шейного домена. Существует два типа домена ISneck. Это первый ISneck, который прерывается вставкой. Вставка может принимать форму возмущения в сложенном виде (ISneck 1) или гораздо более коротком, развернутом (ISneck 2).
| YadA_stalk | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Symbol | YadA_stalk | ||||||||
| Pfam | PF05662 | ||||||||
| InterPro | IPR008635 | ||||||||
| SCOPe | 1s7m / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
Структура : Эти домены являются волокнистыми и встречаются в очень повторяющихся числах. Они содержат спиральные спирали, и их длина может варьироваться у разных видов. Сегменты спиральной спирали доменов стебля обладают двумя необычными свойствами:
Более того, стебель целиком состоит из пятидесятилеток. Следовательно, стержневые домены можно рассматривать как альфа-спиральные спиральные, которые отклоняются от стандартной модели из-за своих необычных свойств. С более глубокой структурной точки зрения, спиральная катушка устроена таким образом, что угол пересечения спиралей почти равен нулю. Упаковка этих спиралей следует расположению «выступы в отверстия», при котором гидрофобные остатки выступают, образуя выступы, которые упаковываются в полости, образованные другими остатками на другой спирали. Затем, как только ручки помещаются в полости, три спирали наматываются друг на друга, так что все остатки в определенных положениях находятся на одной высоте.
Функция : Их роль заключается в том, чтобы действовать как прокладки путем перемещения головных доменов от поверхности бактериальных клеток к внеклеточному матриксу хозяина. Они также играют роль в защите бактериальной клетки от защиты хозяина. Они делают это, помогая дополнять сопротивлением. Домен стеблевого белка также альтернативно называют внутренним доменом-пассажиром.
Существует два типа стеблевого домена: домен FGG и домен правого стержня.
| Якорный домен бактериального адгезина YadA | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Структура бета-ствола, обнаруженная на С-конце якорного домена бактериального адгезина, YadA | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | YadA_anchor | ||||||||
| Pfam | PF03895 | ||||||||
| Pfam клан | CL0327 | ||||||||
| InterPro | IPR005594 | ||||||||
| |||||||||
Структура : Структура этого белкового домена представляет собой левостороннюю спиральную спираль, за которой следуют четыре трансмембранных бета-цепочки. Считается, что после того, как произошла тримеризация, эти бета-цепи дополнительно сворачиваются в 12-цепочечный бета-ствол. Он также содержит сайт узнавания сигнальных пептидаз, что означает, что фермент распознает сигнальный пептид и расщепляет его в определенной точке.
Функция : Функция якорного домена мембраны заключается в том, чтобы способствовать перемещению цепи полипептида через клеточную мембрану, процесс, известный как активность аутотранспорта. Путь транслокации TAA через внешнюю мембрану еще предстоит выяснить, но считается, что он перемещается внутри бета-ствола, что приводит к транспортировке пассажирского домена от С-конца к N-концу через бета-канал. -просвет ствола. По сути, бета-ствол - это порин, который находится внутри бактериальной внешней мембраны. пассажирский домен или, другими словами, домен стебля спиральной спирали перемещается через эту пору. Дополнительные функции мембранного якоря заключаются в олигомеризации стеблевого домена и закреплении всего белка на внешней бактериальной мембране.
Все тримерные аутотранспортеры-адгезины являются решающими факторами вирулентности, вызывающими серьезные заболевания у люди. Наиболее изученные и известные тримерные аутотранспортеры адгезинов перечислены ниже:
| Домен | Белки | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| YadA | NadA | UspA1 | HadA | Hia | BadA | |
| N-терминальная головка | Одноцепочечная, левосторонняя бета-спираль | Шаровидная головка | Бета-винт головка | Отсутствует | Бета-призмы | Подобно головке YadA, содержит левостороннюю бета-спираль |
| Шея | Присутствует | Нет | Присутствует | Присутствует | Присутствует | Присутствует |
| Стебель | Правосторонняя спиральная спираль | Альфа-спираль со спиральной спиралью, за которой следует линкерная область | Расширенная спиральная спираль | Три- альфа-спираль спиральная спираль | спиральная спираль с тремя альфа-спиралями | Расширенная спираль d-катушка |
| С-концевой элемент Мембранный якорь | Бета-цилиндрическая структура | Бета-цилиндрическая структура | Бета-цилиндрическая структура | Бета-цилиндрическая структура | Бета-цилиндрическая структура | Бета-цилиндрическая структура |
| Головной домен YadA | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура коллаген-связывающего домена Yersinia adhesin YadA | |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Символ | YadA_head | ||||||||
| Pfam | PF05658 | ||||||||
| InterPro | IPR008640 | ||||||||
| SCOPe | 1p9h / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
YadA представляет собой белковый домен, обнаруженный у грамотрицательных бактерий, таких как Yersinia enterocolitica, Yersinia pestis и Иерсиний псевдотуберкулез. YadA означает белок адгезина Yersinia. Этот домен белка является примером тримерного аутотранспортера адгезинов, и он был первым обнаруженным TAA. Как и другие TAA, YadA также подвергается гомотримеризации с образованием стабильного связывающего коллаген белка. Гомотримеризация - это процесс, при котором три одинаковых субъединицы связываются с образованием комплекса из трех идентичных белков YadA. Более того, как и другие TAA, он имеет архитектуру белка "голова-стебель-якорь". Большинство TAA обладают сильным сходством в области якоря C-концевой мембраны, единственный член, который отличается в TAA, - это области головы, шеи и стебля. Головная область YadA состоит из бета-спиралей, дополнительно свернутых для создания девятиспирального левого параллельного бета-валика (LPBR).
Другим примером TAA является белок NadA. Белок NadA обнаружен в виде грамотрицательных бактерий Neisseria meningitidis, которые вызывают сепсис и менингит у людей. Исследования показали, что глобулярный N-концевой головной домен NadA жизненно важен для адгезии. NadA также содержит область спиральной спирали, а также С-концевой якорь мембраны.
UspA1 - еще один пример тримерного аутотранспортера адгезина, обнаруженного в бактерии Moraxella catarrhalis, обнаруженный как частая причина инфекций среднего уха у людей. Структура UspA1 также имеет головной домен в N-концевом домене, однако он свернут в бета-пропеллер. Как и другие TAA, он имеет стебельчатую область в виде спиральной спирали, но в данном случае она является удлиненной и имеет типичный для TAA С-концевой бета-стволовый якорный домен мембраны.
Белок Hia - это TAA, обнаруженный на внешней мембране бактерии Haemophilus influenzae. Он прикрепляется к респираторному эпителию человека. Этот белок может вызывать пневмонию, а некоторые штаммы вызывают менингит и сепсис. У Hia немного необычная N-концевая головка, сделанная из бета-призм. Бета-призма - это необычный тип белковой архитектуры, впервые описанный Чотиа и Мурзиным. Как следует из названия, он содержит три бета-листа, расположенных в треугольной призме, и обладает внутренней симметрией. Кроме того, головной домен содержит 5 доменов Trp-Ring. Кроме того, этот белок также содержит три шейных домена, два из которых являются доменами IsNeck в дополнение к другим доменам, таким как домены KG, GANG и TTT. Он также содержит стержень в виде спиральной спирали и обычно консервативный С-концевой мембранный якорь ТАА.
Белок BadA является еще одним примером ТАА, обнаруженного в бактериях Bartonella henselae. Bartonella henselae является возбудителем болезни кошачьих царапин, обычно безвредной болезни, но у людей с ослабленной иммунной системой, например у тех, кто проходит химиотерапию или борьба с СПИДом, это более серьезно, поскольку может привести к бациллярному ангиоматозу. Это состояние, при котором доброкачественные опухоли кровеносных сосудов подвергаются неконтролируемой пролиферации, вызывая образование узлов в более мелких кровеносных сосудах, таких как капилляры, ограничивающие кровоток. Это может быть связано с тем, что BadA индуцирует транскрипцию проангиогенных факторов, поскольку он активирует NF-κB, а также фактор, индуцируемый гипоксией 1. Головной домен BadA более сложен, чем другие TAA. Считается, что это химера или, другими словами, комбинация головных доменов YadA и Hia. Эта комбинация дает представление о том, как патогенность грамотрицательных бактерий развивалась с течением времени. BadA также содержит шейный домен, удлиненный стержень катушки-катушки и бета-цилиндрический С-концевой мембранный якорь.
| Protein Domain | Виды бактерий | Заболевания, вызванные |
|---|---|---|
| YadA | Yersinia enterocolitica | иерсиниоз |
| NadA | Neisseria meningitidis | сепсис и менингит |
| UspA1 | Moraxella catarrhalis | инфекция среднего уха |
| Hia | Haemophilus influenzae | пневмония и некоторые штаммы, вызывающие менингит и сепсис |
| BadA | Bartonella henselae | болезнь кошачьих царапин |
Процесс заражения сложен. Инвазивная бактерия должна преодолеть множество барьеров, чтобы заразить своего хозяина, в том числе барьеры окружающей среды, физические барьеры и барьеры иммунной системы. Бактерия должна проникнуть в организм хозяина и, в случае Yersinia sp., Проникнуть в слизистую оболочку кишечника хозяина. Затем тримерный аутотранспортер адгезина должен прикрепиться к слою клеток, обнаруженных на внутренней поверхности, эпителиальных клеток, в кишечнике, используя его головку для связывания с белками, обнаруженными во внеклеточном матриксе такие как коллаген, ламинин и фибронектин. Важно, чтобы эти адгезины внешней мембраны вступали в физический контакт с рецепторами, обнаруженными на клетке-хозяине. Это означает, что адгезин должен быть достаточно длинным, чтобы выходить за пределы слоя липополисахарида во внешней мембране бактерии и взаимодействовать со слоем гликана клетки-хозяина. Как только это произойдет, он может связываться с ЕСМ клетки-хозяина. TAA - это тип m микробных s urface c компонентов r познающих a адгезивных m atrix m молекулы (MSCRAMM). Другими словами, они представляют собой комплекс, который способствует адгезии к ЕСМ.
Рисунок 5. Схематическая диаграмма, иллюстрирующая тримерный автотранспортер адгезинов в типе V Система секреции. Секреция - это один из способов переноса веществ через наружную мембрану бактерий. Грамотрицательные бактерии имеют очень разные структуры клеточной стенки по сравнению с грамположительными бактериями. Грамотрицательные бактерии имеют три слоя: самый внутренний слой называется внутренней мембраной ; средний слой, названный периплазматическим пространством, представляет собой пространство, содержащее тонкий слой пептидогликана ; а третий слой называется наружная мембрана, который содержит липополисахариды.
. У грамотрицательных бактерий секреторный путь сильно отличается от такового у эукариот или Грамположительные бактерии, в основном из-за разницы в структуре клеточной стенки. Тримерный аутотранспортер адгезинов использует особый путь секреции, названный системой секреции типа V (T5SS). Грамотрицательные бактерии должны секретировать адгезины, поскольку они имеют внешнюю мембрану, которая затрудняет им прилипание и заражение хозяина. Внешняя мембрана полезна, так как позволяет бактериям колонизировать и добавляет еще один уровень защиты. Однако внешняя мембрана является барьером для секреции белков, и для транспортировки белков через внешнюю мембрану требуется энергия. Следовательно, путь T5SS решает эту проблему.
T5SS использует для работы систему Sec-machinery. Обнаружено, что фермент Sec-транслоказа присутствует на внутренней мембране. Такие Sec-зависимые системы не нуждаются в использовании энергии, в отличие от Sec-независимых механизмов, которые используют другие формы энергии, такие как аденозинтрифосфат (АТФ) или протонный градиент. Поскольку он может транспортировать вещи через внешнюю мембрану без необходимости генерировать новую форму энергии, он получил название автотранспортер, поскольку транспортирует белки автономно, другими словами, сам по себе.
Sec-зависимая система разделена на три пути. TAA - один из таких путей, также известный под названием путь секреции Vc. Механизм разделен на две части. Во-первых, белок должен перемещаться через внутреннюю мембрану или, другими словами, перемещаться Sec-зависимым образом через периплазму. Сигнальный пептид на N-конце действует как временная связка, удерживая его на месте. Затем он должен перейти к внешней мембране. Тримеризация способствует транслокации, и никакая транслокация не будет происходить без его якоря бета-ствола мембраны. Система секреции типа V описывается как нефимбрисовая, что означает, что бактериальные клетки не используют длинные физические придатки, называемые пили, для прикрепления друг к другу.
TAA могут помочь предотвратить уничтожение бактерий иммунной системой хозяина. В частности, в случае некоторых Yersinia spp. TAA YadA играет роль в аутоагглютинации, сывороточной резистентности, инактивации комплемента и фагоцитозе сопротивление. Все эти методы предотвращают уничтожение бактерий хозяином и обеспечивают его выживание.
