Контактно-зависимое торможение роста

Контактно-зависимое ингибирование роста ( CDI ) — это явление, при котором бактериальная клетка может доставлять молекулу полиморфного токсина в соседние бактериальные клетки при прямом межклеточном контакте, вызывая остановку роста или гибель клеток.

Открытие

CDI теперь является общим термином для описания межбактериальной конкуренции, которая основана на прямом межклеточном контакте у бактерий. Однако это явление было впервые обнаружено в 2005 году у изолята EC93 Escherichia coli, обнаруженного в кишечнике крысы, и в данном случае оно было опосредовано системой секреции типа V. крыс Этот изолят доминировал во флоре кишечника и, по-видимому, особенно хорошо конкурировал с лабораторными штаммами E. coli при выращивании в совместной культуре . Новизной этого открытия был тот факт, что ингибирующее действие изолированной E. coli , по-видимому, требовало прямого межклеточного контакта. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} До того, как CDI был обнаружен в этом изоляте, единственными известными системами, которые опосредуют прямую межбактериальную конкуренцию при интоксикации, были токсины, секретируемые во внеклеточное пространство. Таким образом, для этого не требовался межклеточный контакт. Вторая система, которая может опосредовать ИКД, была обнаружена в 2006 году у патогенной бактерии Vibrio cholerae , вызывающей желудочно-кишечное заболевание холера , и условно-патогенного микроорганизма Pseudomonas aerugenosa . Эта система сильно отличалась от системы секреции типа V, идентифицированной у E. coli, и, таким образом, сформировала новый класс CDI: систему секреции типа VI . ^{[ 3 ]}

Виды CDI

Тип IV

Система секреции типа IV T4SS обнаружена у многих видов грамотрицательных и грамположительных бактерий , а также у архей и обычно связана с конъюгацией или доставкой белков вирулентности в эукариотические клетки. ^{[ 4 ]} Однако некоторые виды растительного патогена Xanthomonas обладают особым T4SS, способным опосредовать CDI путем доставки пептидогликангидролазы. Этот эффектор убивает цели, у которых нет родственного белка иммунитета, как и в других системах CDI. ^{[ 5 ]}

Тип V

Первой открытой системой CDI была система секреции типа V, кодируемая кластером генов cdiBAI, широко распространенным среди патогенных грамотрицательных бактерий. Первый белок, кодируемый опероном, CdiB, представляет собой белок бета-цилиндра внешней мембраны , который экспортирует CdiA, представляя его на поверхности клетки бактерии, экспрессирующей CDI (CDI +). Предполагается, что CdiA образует нить длиной в несколько нанометров, которая простирается наружу от клетки CDI+, чтобы взаимодействовать с соседними бактериями через белковые рецепторы внешней мембраны, с которыми она будет связываться. ^{[ 2 ]} С -концевые 200–300 аминокислот CdiA содержат сильно вариабельный токсичный домен (CdiA-CT), который доставляется в соседнюю бактерию при распознавании рецептора, что позволяет клетке CDI+ остановить рост клетки, в которую она доставляет это вещество. CdiA-CT токсин. Этот токсичный домен связан с остальной частью CdiA посредством пептидного мотива VENN и значительно сильнее различается между видами, чем остальная часть CdiA. ^{[ 6 ]} CdiI представляет собой белок иммунитета, предотвращающий аутоингибирование С-концевым токсином. Это также не позволяет бактериям убивать или подавлять рост своих братьев и сестер, пока они обладают геном иммунитета. ^{[ 7 ]} Многие системы CDI содержат дополнительные пары cdiA-CT/cdiI, называемые «сиротами», следующие за первой копией. ^{[ 8 ]} и эти «сироты» могут быть подключены к различным основным CdiA по модульному принципу. ^{[ 6 ]}

Тип VI

Система секреции VI типа T6SS широко распространена среди грамотрицательных бактерий и состоит из белкового комплекса с 13 основными компонентами (от TssA до TssM), образующими игольчатую структуру, способную инъецировать эффекторные молекулы в соседние клетки-мишени, аналогичные сократительному хвосту. бактериофага Т4 . ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]} T6SS способен доставлять эффекторы как в прокариотные , так и в эукариотные клетки-мишени. ^{[ 3 ]}^{[ 11 ]} При сокращении T6SS эффекторы транспортируются через цитозоль бактериальной клетки в клетки-мишени. Эффекторы загружаются в эту динамическую систему секреции посредством взаимодействия с доменами Hcp, VgrG и PAAR. Полный список эффекторов T6SS неизвестен.

Резус-токсины

Система горячих точек перестройки (Rhs) существует как у грамотрицательных, так и у грамположительных бактерий . Подобно CdiA, эти системы состоят из крупных белков с консервативным N-концевым доменом и вариабельным C-концевым токсиновым доменом, требующим родственного белка иммунитета. Многие системы Rhs содержат PAAR-домены (пролин-аланин-аланин-аргинин), которые могут взаимодействовать с VgrG аппарата T6SS, что делает его необходимым для секреции Rhs. ^{[ 3 ]}^{[ 12 ]} Название «горячие точки перестройки» происходит от открытия, когда система была впервые идентифицирована как элементы хромосомы E. coli , которые постоянно перестраиваются . ^{[ 13 ]}^{[ 14 ]} Грамположительная почвенная бактерия Bacillus subtilis обладает гомологом Rhs, называемым стеноассоциированным белком А (WapA), способным опосредовать CDI, в то же время требуя родственного белка иммунитета WapI для предотвращения аутоингибирования. ^{[ 12 ]}

Другие функции

Агрегация клеток и образование биопленок

В E. coli молекулы CdiA могут взаимодействовать с молекулами, обнаруженными в соседних клетках, независимо от рецептора, с которым связывается CdiA. Помимо связывания с рецептором, эти гомотипические взаимодействия вызывают агрегацию клеток и способствуют образованию биопленок для бактерий CDI+. Подобным образом гомолог CdiA BcpA в Burkholderia thailandensis вызывает активацию генов, кодирующих пили и полисахариды , при доставке в родственные клетки, которые обладают иммунным белком BcpI. Это изменение в экспрессии генов приводит к увеличению образования биопленок в бактериальной популяции посредством явления, теперь известного как контактно-зависимая передача сигналов. Более того, T6SS V. cholerae активен в биопленках, позволяя клеткам, экспрессирующим T6SS, убивать близлежащие клетки, не обладающие специфическим иммунитетом. ^{[ 5 ]} Высвобождение ДНК в результате гибели клеток-мишеней может быть полезным для переноса генов, а также для высвобождения внеклеточной ДНК в матрикс.

Стойкость антибиотиков

в E. coli Было обнаружено, что токсины CdiA-CT индуцируют образование персистерных клеток в клональной популяции при доставке в клетки, у которых отсутствует достаточный уровень иммунитета к CdiI для нейтрализации поступающих токсинов. Интоксикация клеток приводит к повышению уровня клеточного (p)ppGpp , что, в свою очередь, приводит к деградации белка иммунитета и, в конечном итоге, к более высокой степени интоксикации, что приводит к образованию персистеров. ^{[ 15 ]}

Ссылки

^ Аоки С.К., Памма Р., Херндей А.Д., Бикхэм Дж.Е., Браатен Б.А., Лоу Д.А. (август 2005 г.). «Контактно-зависимое торможение роста Escherichia coli». Наука 309 (5738): 1245–1248. Бибкод : 2005Sci... 309.1245A дои : 10.1126/science.1115109 . ПМИД 16109881 . S2CID 23138285 .
^ Jump up to: ^а ^б Уиллетт Дж.Л., Руэ З.К., Гулдинг К.В., Лоу Д.А., Хейс К.С. (ноябрь 2015 г.). «Контактно-зависимое ингибирование роста (CDI) и двухпартнерские секреторные белки CdiB/CdiA» . Журнал молекулярной биологии . 427 (23): 3754–3765. дои : 10.1016/j.jmb.2015.09.010 . ПМЦ 4658273 . ПМИД 26388411 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Чианфанелли Ф.Р., Монлезун Л., Култерст С.Дж. (январь 2016 г.). «Цель, зарядка, огонь: система секреции типа VI, бактериальное нанооружие». Тенденции в микробиологии . 24 (1): 51–62. дои : 10.1016/j.tim.2015.10.005 . ПМИД 26549582 .
^ Кристи П.Дж., Уитакер Н., Гонсалес-Ривера С. (август 2014 г.). «Механизм и строение систем секреции бактерий IV типа» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1843 (8): 1578–1591. дои : 10.1016/j.bbamcr.2013.12.019 . ПМК 4061277 . ПМИД 24389247 .
^ Jump up to: ^а ^б Гарсия ЕС (апрель 2018 г.). «Контактно-зависимые межбактериальные токсины передают сообщение» . Современное мнение в микробиологии . 42 : 40–46. дои : 10.1016/j.mib.2017.09.011 . ПМК 5899628 . ПМИД 29078204 .
^ Jump up to: ^а ^б Аоки С.К., Дайнер Э.Дж., де Руденбеке К.Т., Берджесс Б.Р., Пул С.Дж., Браатен Б.А. и др. (ноябрь 2010 г.). «Распространенное семейство полиморфных контактно-зависимых систем доставки токсинов у бактерий» . Природа . 468 (7322): 439–442. Бибкод : 2010Natur.468..439A . дои : 10.1038/nature09490 . ПМЦ 3058911 . ПМИД 21085179 .
^ Руэ ЗК, Лоу ДА, Хейс CS (май 2013 г.). «Бактериальная контактно-зависимая ингибирование роста» . Тенденции в микробиологии . 21 (5): 230–237. дои : 10.1016/j.tim.2013.02.003 . ПМЦ 3648609 . ПМИД 23473845 .
^ Хейс К.С., Коскиниеми С., Руэ З.К., Пул С.Дж., Лоу Д.А. (февраль 2014 г.). «Механизмы и биологическая роль контактно-зависимых систем торможения роста» . Перспективы Колд-Спринг-Харбора в медицине . 4 (2): а010025. doi : 10.1101/cshperspect.a010025 . ПМК 3904093 . ПМИД 24492845 .
^ Ссылка 1
^ Бингл, Льюис Э.Х., Бейли Кристофер М., Паллен Марк Дж. (февраль 2008 г.). «Секреция VI типа: руководство для начинающих». Современное мнение в микробиологии . 11 (1): 3–8. дои : 10.1016/j.mib.2008.01.006 . ПМИД 18289922 .
^ Сильверман Дж.М., Агнелло Д.М., Чжэн Х., Эндрюс Б.Т., Ли М., Каталано С.Э. и др. (сентябрь 2013 г.). «Корегулируемый гемолизином белок является экспортируемым рецептором и шапероном субстратов секреции типа VI» . Молекулярная клетка . 51 (5): 584–593. doi : 10.1016/j.molcel.2013.07.025 . ПМЦ 3844553 . ПМИД 23954347 .
^ Jump up to: ^а ^б Джамет А., Насиф Х (май 2015 г.). «Новые игроки в области токсинов: полиморфные токсиновые системы бактерий» . мБио . 6 (3): e00285–e00215. дои : 10.1128/mBio.00285-15 . ПМК 4436062 . ПМИД 25944858 .
^ Кейдж М., Хилл CW (январь 1979 г.). «Преимущественная неравная рекомбинация в области glyS хромосомы Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 127 (1): 73–87. дои : 10.1016/0022-2836(79)90460-1 . ПМИД 370413 .
^ Лин Р.Дж., Кейдж М., Хилл К.В. (июль 1984 г.). «Повторяющаяся последовательность ДНК, rhs, ответственная за дупликации в хромосоме K-12 Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 177 (1): 1–18. дои : 10.1016/0022-2836(84)90054-8 . ПМИД 6086936 .
^ Гош А., Балтекин О., Ванеског М., Эльхалифа Д., Хаммарлёф Д.Л., Эльф Дж., Коскиниеми С. (май 2018 г.). «Контактно-зависимое ингибирование роста индуцирует высокие уровни устойчивых к антибиотикам клеток-персистеров в клональных бактериальных популяциях» . Журнал ЭМБО . 37 (9). дои : 10.15252/embj.201798026 . ПМК 5920241 . ПМИД 29572241 .

[1] Аоки С.К., Памма Р., Херндей А.Д., Бикхэм Дж.Е., Браатен Б.А., Лоу Д.А. (август 2005 г.). «Контактно-зависимое торможение роста Escherichia coli». Наука 309 (5738): 1245–1248. Бибкод : 2005Sci... 309.1245A дои : 10.1126/science.1115109 . ПМИД 16109881 . S2CID 23138285 .

[Willett_2015-2] Jump up to: ^а ^б Уиллетт Дж.Л., Руэ З.К., Гулдинг К.В., Лоу Д.А., Хейс К.С. (ноябрь 2015 г.). «Контактно-зависимое ингибирование роста (CDI) и двухпартнерские секреторные белки CdiB/CdiA» . Журнал молекулярной биологии . 427 (23): 3754–3765. дои : 10.1016/j.jmb.2015.09.010 . ПМЦ 4658273 . ПМИД 26388411 .

[Cianfanelli_2016-3] Jump up to: ^а ^б ^с Чианфанелли Ф.Р., Монлезун Л., Култерст С.Дж. (январь 2016 г.). «Цель, зарядка, огонь: система секреции типа VI, бактериальное нанооружие». Тенденции в микробиологии . 24 (1): 51–62. дои : 10.1016/j.tim.2015.10.005 . ПМИД 26549582 .

[4] Кристи П.Дж., Уитакер Н., Гонсалес-Ривера С. (август 2014 г.). «Механизм и строение систем секреции бактерий IV типа» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1843 (8): 1578–1591. дои : 10.1016/j.bbamcr.2013.12.019 . ПМК 4061277 . ПМИД 24389247 .

[Garcia_2018-5] Jump up to: ^а ^б Гарсия ЕС (апрель 2018 г.). «Контактно-зависимые межбактериальные токсины передают сообщение» . Современное мнение в микробиологии . 42 : 40–46. дои : 10.1016/j.mib.2017.09.011 . ПМК 5899628 . ПМИД 29078204 .

[:0-6] Jump up to: ^а ^б Аоки С.К., Дайнер Э.Дж., де Руденбеке К.Т., Берджесс Б.Р., Пул С.Дж., Браатен Б.А. и др. (ноябрь 2010 г.). «Распространенное семейство полиморфных контактно-зависимых систем доставки токсинов у бактерий» . Природа . 468 (7322): 439–442. Бибкод : 2010Natur.468..439A . дои : 10.1038/nature09490 . ПМЦ 3058911 . ПМИД 21085179 .

[7] Руэ ЗК, Лоу ДА, Хейс CS (май 2013 г.). «Бактериальная контактно-зависимая ингибирование роста» . Тенденции в микробиологии . 21 (5): 230–237. дои : 10.1016/j.tim.2013.02.003 . ПМЦ 3648609 . ПМИД 23473845 .

[8] Хейс К.С., Коскиниеми С., Руэ З.К., Пул С.Дж., Лоу Д.А. (февраль 2014 г.). «Механизмы и биологическая роль контактно-зависимых систем торможения роста» . Перспективы Колд-Спринг-Харбора в медицине . 4 (2): а010025. doi : 10.1101/cshperspect.a010025 . ПМК 3904093 . ПМИД 24492845 .

[Bingle_2018-9] Ссылка 1

[10] Бингл, Льюис Э.Х., Бейли Кристофер М., Паллен Марк Дж. (февраль 2008 г.). «Секреция VI типа: руководство для начинающих». Современное мнение в микробиологии . 11 (1): 3–8. дои : 10.1016/j.mib.2008.01.006 . ПМИД 18289922 .

[11] Сильверман Дж.М., Агнелло Д.М., Чжэн Х., Эндрюс Б.Т., Ли М., Каталано С.Э. и др. (сентябрь 2013 г.). «Корегулируемый гемолизином белок является экспортируемым рецептором и шапероном субстратов секреции типа VI» . Молекулярная клетка . 51 (5): 584–593. doi : 10.1016/j.molcel.2013.07.025 . ПМЦ 3844553 . ПМИД 23954347 .

[Jamet_2015-12] Jump up to: ^а ^б Джамет А., Насиф Х (май 2015 г.). «Новые игроки в области токсинов: полиморфные токсиновые системы бактерий» . мБио . 6 (3): e00285–e00215. дои : 10.1128/mBio.00285-15 . ПМК 4436062 . ПМИД 25944858 .

[13] Кейдж М., Хилл CW (январь 1979 г.). «Преимущественная неравная рекомбинация в области glyS хромосомы Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 127 (1): 73–87. дои : 10.1016/0022-2836(79)90460-1 . ПМИД 370413 .

[14] Лин Р.Дж., Кейдж М., Хилл К.В. (июль 1984 г.). «Повторяющаяся последовательность ДНК, rhs, ответственная за дупликации в хромосоме K-12 Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 177 (1): 1–18. дои : 10.1016/0022-2836(84)90054-8 . ПМИД 6086936 .

[15] Гош А., Балтекин О., Ванеског М., Эльхалифа Д., Хаммарлёф Д.Л., Эльф Дж., Коскиниеми С. (май 2018 г.). «Контактно-зависимое ингибирование роста индуцирует высокие уровни устойчивых к антибиотикам клеток-персистеров в клональных бактериальных популяциях» . Журнал ЭМБО . 37 (9). дои : 10.15252/embj.201798026 . ПМК 5920241 . ПМИД 29572241 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]