Возбудитель туберкулеза высвобождает свой токсин с помощью новой транспортной системы белка.

Предоставлено: Pixabay / CC0 Public Domain.

Шесть лет назад Майкл Нидервейс, доктор философии, описал первый токсин, обнаруженный для смертельного патогена Mycobacterium tuberculosis. Этот токсин, некротический токсин туберкулеза, или TNT, стал одним из основателей нового класса ранее нераспознанных токсинов, присутствующих более чем у 600 видов бактерий и грибов, что определяется сходством белковых последовательностей. Токсин высвобождается, когда бактерии M. tuberculosis выживают и растут внутри своего человеческого макрофага-хозяина, убивая макрофаги и позволяя бактериям ускользать и распространяться.

В течение 132 лет отсутствие идентифицированного токсина у M. tuberculosis контрастировало почти со всеми другими патогенными бактериями, токсины которых способствуют болезни или смерти. M. tuberculosis заражает 9 миллионов человек в год и убивает более 1 миллиона.

Теперь, в другой новаторской работе, исследователь из Университета Алабамы в Бирмингеме и его коллеги описывают, как два небольших белка ESX, производимые бактериями M. tuberculosis, опосредуют секрецию TNT посредством порообразование в мембранах, которые окружают бактерии. Это открытие может иметь широкое применение, потому что отличительный мотив из трех аминокислот, обнаруженный на EsxE и EsxF – триптофан / любая аминокислота / глицин, известный сокращенно как WXG – также обнаружен на многих других малых белках микобактерий и на большом WXG100. суперсемейство бактериальных белков, похожих на EsxE и EsxF.

«Здесь мы впервые показываем, что небольшие белки Esx семейства WXG100 выполняют важную молекулярную функцию внутри клетки Mtb, опосредуя секрецию токсина», – сказал Нидервейс, профессор кафедры микробиологии UAB. «Наши результаты предполагают динамический механизм образования пор маленькими белками Esx, который может быть применим к другим членам большого WXG100. белок семья. Таким образом, наше исследование не только представляет собой серьезный прогресс в нашем понимании секреции TNT и, вероятно, других белков M. tuberculosis, но также описывает биологическую функцию Esx-паралогов M. tuberculosis и их гомологов в большом семействе белков WXG100. в грамположительных бактериях “.

TNT является одним из двух доменов в белке внешней мембраны M. tuberculosis CpnT; Активность TNT-домена CpnT в цитозоле макрофага вызывает гибель макрофагов за счет гидролиза NAD +. M. tuberculosis имеет внутренняя мембрана и внешняя мембрана, и белок должен пройти через каждый слой, чтобы секретироваться вне бактерии. Как CpnT попадает на внешнюю мембрану, было неизвестно.

EsxE и EsxF являются частью того же генного сегмента, что и CpnT, и исследователи UAB предположили, что два небольших белка могут участвовать в секреции токсина.

Создавая различные штаммы, в которых отсутствовали ни EsxE, ни EsxF, они показали, что оба белка необходимы для транслокации CpnT на клеточную поверхность M. tuberculosis и для секреции TNT в цитозоль макрофагов, инфицированных M. tuberculosis. Кроме того, EsxE и EsxF являются доступными с поверхности белками M. tuberculosis в виде мембранно-ассоциированного комплекса.

Чтобы узнать больше о механизме этой транслокации, команда UAB создала мутанты каждого белка Esx, в которых аминокислота триптофана в одном мотиве WXG на каждом белке была заменена аминокислотой аланином. Мутанты показали, что интактный мотив WXG на EsxE и на EsxF необходим для эффективной транслокации CpnT на внешнюю мембрану M. tuberculosis и последующей секреции TNT в цитозоль инфицированных макрофагов.

Очистка водорастворимых белков EsxE и EsxF показала, что они образуют димеры EsxE-EsxF, и пять из этих димеров собраны в звездообразные структуры, как видно с помощью электронной микроскопии. Каждый был около 10 нанометров в поперечнике с 3-нанометровой центральной порой.

Эксперименты с плоскими липидными бислоями были ключом к пониманию молекулярной функции EsxE-EsxF, поскольку они показали, что поры EsxE-EsxF образуют каналы через липидные мембраны.

Наконец, исследователи показали, что мотивы WXG необходимы для образования пор и разрушения мембран комплексом EsxE-EsxF, а мотивы опосредуют сборку функциональных олигомеров EsxE-EsxF. Теперь это определяет биохимическую роль ранее загадочного мотива WXG.

«EsxE и EsxF представляют собой первые известные компоненты внешней мембраны, опосредующие секрецию белка у M. tuberculosis», – сказал Нидервейс. «Однако маловероятно, что EsxE и EsxF достаточны для секреции TNT, поскольку источник энергии требуется во всех известных системах секреции бактериальных белков. Следовательно, возможно, что EsxE-EsxF связывается с другими белками или белковыми комплексами для достижения экспорта CpnT. и секреция TNT ».

Исследователи UAB предлагают две модели транспорта CpnT с помощью EsxE и EsxF. В первом случае гетеродимеры EsxE-EsxF образуют пору во внутренней мембране, а затем образуют другую пору во внешней мембране для создания трансмембранных каналов. «В качестве альтернативы, – сказал Нидервейс, – канал внутренней мембраны расширяется, чтобы охватить периплазму за счет образования филаментов, и соединяется с порами EsxE-EsxF во внешнем мембрана, экспонируя EsxF на поверхности клетки. В этой модели предполагаемый туннель канала EsxE-EsxF позволяет экспортировать полипептид CpnT в внешняя мембрана M. tuberculosis и последующие секреция TNT и EsxE-EsxF “.

Соавторы с Niederweis в исследовании: «Порообразующие белки Esx опосредуют секрецию токсинов Mycobacterium. туберкулез,” опубликовано в Nature Communications, являются Удай Так и Терье Докланд, Отдел микробиологии UAB.

«Эта работа была замечательным достижением выдающегося аспиранта Удая Така, который проделал почти все эти эксперименты самостоятельно», – сказал Нидервейс. Удай Так получил докторскую степень. в ноябре 2020 года и сейчас работает докторантом в Университете Колорадо-Боулдер.


Новый токсин от M. tuberculosis


Больше информации:
Удай Так и др., Порообразующие белки Esx опосредуют секрецию токсинов Mycobacterium tuberculosis. Nature Communications (2021 год). DOI: 10.1038 / s41467-020-20533-1

Цитата: Возбудитель туберкулеза высвобождает свой токсин с помощью новой транспортной системы белка (2021 г., 8 апреля), полученное 8 апреля 2021 г. из https://phys.org/news/2021-04-tuberculosis-pathogen-toxin-protein.html.

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, воспроизведение какой-либо части без письменного разрешения запрещено. Контент предоставляется только в информационных целях.

READ  Почему «норковый коронавирус» может вернуться в будущем

Leave a Comment