Система секреции типа IV
Система секреции бактериального типа IV , также известная как система секреции типа IV или T4SS , представляет собой секретный белковый комплекс, обнаруженный в грамма -отрицательных бактериях , грампофизированных бактериях и археи . Он способен транспортировать белки и ДНК через клеточную мембрану . [ 1 ] Система секреции типа IV является лишь одной из многих систем секреции бактерий . Системы секреции типа IV связаны с механизмом конъюгации , который обычно включает в себя одноэтапную систему секреции и использование пиласа . [ 2 ] Системы секреции типа IV используются для конъюгации, обмена ДНК с внеклеточным пространством и для доставки белков в клетки -мишени . Система секреции типа IV разделена на IVA типа и IVB типа на основе генетического происхождения.
Примечательные случаи системы секреции типа IV включают в себя вставку плазмиды в растения Agrobacterium tumefaciens , токсинов методы доставки Bordetella perfussis ( коклюш ) и легионелла пневмофила ( болезнь легионеров ) и F -секс -пилюс .
Функция
[ редактировать ]Система секреции типа IV представляет собой белковый комплекс, обнаруженный в прокариотах, используемых для транспортировки ДНК , белков или эффекторных молекул из цитоплазмы в внеклеточное пространство за клеткой. [ 1 ] Система секреции типа IV связана с прокариотической конъюгационной машиной. [ 2 ] Системы секреции типа IV представляют собой очень универсальную группу, присутствующую в граммапозитивных бактериях , грамма -отрицательных бактериях и археи . Они обычно включают один шаг, который использует пилас, хотя существуют исключения. [ 3 ]
Системы секреции типа IV очень разнообразны, с различными функциями и типами из -за различных эволюционных путей. В первую очередь, системы секреции типа IV сгруппированы на основе структурного и генетического сходства и только отдаленно связаны друг с другом. Системы типа IVA аналогичны системе Virb/D4 Agrobacterium tumefaciens . Системы типа IVB аналогичны системам DOT/ICM, обнаруженным во внутриклеточных патогенах, таких как Legionella pneumophila . «Другие» системы типа не напоминают ни IVA, ни IVB. [ 3 ] Типы генетически различны и используют отдельные наборы белков, однако белки между наборами имеют сильные гомологии друг к другу, что приводит к тому, что они функционируют одинаково. [ 1 ]
Системы секреции типа IV также классифицируются по функции на три основных типа. Конъюгативные системы: используется для переноса ДНК через контакт ячейки к клеточному контакту (процесс, называемый конъюгацией ); Системы высвобождения и поглощения ДНК: используется для обмена ДНК с внеклеточной средой (процесс, называемый трансформацией ); и эффекторные системы: используются для переноса белков в клетки -мишени. [ 4 ] Конъюгативные, а также системы высвобождения и поглощения ДНК играют важную роль в горизонтальном переносе генов , что позволяет прокариотам адаптироваться к окружающей среде, например, развитие устойчивости к антибиотикам . [ 5 ] Эффекторные системы позволяют взаимодействовать между микробами и более крупными организмами. Эффекторные системы используются в качестве метода доставки токсинов многими патогенами человека , такими как Helicobacter pylori (язвы желудка), коклюш и болезнь легионеров . [ 1 ]
Структура
[ редактировать ]В настоящее время хорошо описана только структура систем секреции типа IVA, которые встречаются в грамотрицательных бактериях. Он состоит из 12 белковых субъединиц, Virb1 - Virb11 и Vird4, аналогии которых существуют во всех системах IVA типа. [ 1 ] Компоненты секреции типа IV могут быть разделены на 3 группы: каркас канала транслокации, АТФазы и пилус.
Скафолт канала транслокации - это часть механизма, которая создает канал между внеклеточным пространством и цитоплазмой через внутренние и внешние мембраны и содержит Virb6 - virb10. Основной комплекс каркаса состоит из 14 копий Virb7, Virb9 и Virb10, которые образуют цилиндрический канал, который охватывает обе мембраны и соединяет цитоплазму к внеклеточному пространству. [ 6 ]
Один белок, VIRB10 является неотъемлемой частью как внутренней, так и во внешней мембранах. Он вставляется во внешнюю мембрану с использованием α-спиральной структуры ствола, которая помогает сформировать канал между двумя мембранами. [ 7 ] есть отверстие На цитоплазматическом конце канала , за которым следует большая камера и второе отверстие. Второе отверстие требует конформационного изменения , чтобы разрешить проход субстрата из цитоплазмы в канал. [ 1 ] Считается, что либо VIRB6, либо VIRB8 образуют внутреннюю мембранную пор, поскольку они являются интегральными белками на внутренней мембране и имеют прямой контакт с субстратом . [ 8 ]
АТФазы состоят из VIRB4, VIRB11 и VIRD4, которые управляют движением субстрата через канал и обеспечивают систему энергией. VIRB11 принадлежит к классу трансмембранных переносчиков, называемых «атпазами трафика». Virb4 не очень хорошо охарактеризован. [ 9 ] [ 1 ]
Pilus . состоит из Virb2 и Virb5, причем Virb2 является основным компонентом [ 1 ] У A. tumefaciens пилус диаметром 8-12 нм и длиной менее одного мкм. F PILI , еще один обычно изучаемый тип пиласа, намного длиннее с длиной 2-20 мкм. [ 2 ]
Механизм
[ редактировать ]Из -за широкого спектра систем секреции типа IV в происхождении и функции трудно многоехалично сообщить о группе в целом.
В целом, после того, как ДНК упакована в конъюгативную систему, она рекрутируется аналогами АТФазы в соединительный белок VIRD4, а затем транслоцируется через Pilus. [ 3 ] В частности, в A. tumefaciens ДНК проходит через характеризованную цепь ферментов, прежде чем достигать пиласа. ДНК рекрутируется VIRD4, затем VIRB11, затем к межмембранным белкам (VIRB6 и VIRB8), перемещается в VIRB9 и, наконец, отправляется в Pilus (VIRB2). [ 10 ] [ 1 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Уолден К., Ривера-Калзада А., Ваксман Г. (сентябрь 2010 г.). «Системы секреции типа IV: универсальность и разнообразие в функции» . Клеточная микробиология . 12 (9): 1203–12. doi : 10.1111/j.1462-5822.2010.01499.x . PMC 3070162 . PMID 20642798 .
- ^ Jump up to: а беременный в Лоули Т.Д., Климке В.А., Губбинс М.Дж., Фрост Л.С. (июль 2003 г.). «Спряжение F -фактора - это система секреции True Type IV» . Письма микробиологии FEMS . 224 (1): 1–15. doi : 10.1016/s0378-1097 (03) 00430-0 . PMID 12855161 .
- ^ Jump up to: а беременный в Christie PJ, Atmakuri K, Krishnamoorthy V, Jakubowski S, Cascales E (октябрь 2005 г.). «Биогенез, архитектура и функция бактериальных систем секреции типа IV» . Ежегодный обзор микробиологии . 59 (1): 451–85. doi : 10.1146/annurev.micro.58.030603.123630 . PMC 3872966 . PMID 16153176 .
- ^ Alvarez-Martinez CE, Christie PJ (декабрь 2009 г.). «Биологическое разнообразие прокариотических систем секреции типа IV» . Микробиология и молекулярная биология обзоры . 73 (4): 775–808. doi : 10.1128/mmbr.00023-09 . PMC 2786583 . PMID 19946141 .
- ^ Cascales E, Christie PJ (ноябрь 2003 г.). «Универсальные бактериальные системы секреции типа IV» . Природные обзоры. Микробиология . 1 (2): 137–49. doi : 10.1038/nrmicro753 . PMC 3873781 . PMID 15035043 .
- ^ Fronzes R, Schäfer E, Wang L, Saibil HR, Orlova EV, Waksman G (январь 2009 г.). «Структура основного комплекса системы секреции типа IV» . Наука . 323 (5911): 266–8. doi : 10.1126/science.1166101 . PMC 6710095 . PMID 19131631 .
- ^ Чандран В., Фронзес Р., Дукеррой С., Кронин Н., Наваза Дж., Ваксман Г. (декабрь 2009 г.). «Структура наружного мембранного комплекса системы секреции типа IV» . Природа . 462 (7276): 1011–5. Bibcode : 2009natur.462.1011c . doi : 10.1038/nature08588 . PMC 2797999 . PMID 19946264 .
- ^ Cascales E, Christie PJ (май 2004 г.). «Определение пути секреции бактериального типа IV для субстрата ДНК» . Наука . 304 (5674): 1170–3. Bibcode : 2004sci ... 304.1170c . doi : 10.1126/science.1095211 . PMC 3882297 . PMID 15155952 .
- ^ Fronzes R, Christie PJ, Waksman G (октябрь 2009 г.). «Структурная биология систем секреции типа IV» . Природные обзоры. Микробиология . 7 (10): 703–14. doi : 10.1038/nrmicro2218 . PMC 3869563 . PMID 19756009 .
- ^ Atmakuri K, Cascales E, Christie PJ (декабрь 2004 г.). «Энергические компоненты VIRD4, VIRB11 и VIRB4 опосредуют ранние реакции переноса ДНК, необходимые для секреции бактериального типа IV» . Молекулярная микробиология . 54 (5): 1199–211. doi : 10.1111/j.1365-2958.2004.04345.x . PMC 3869561 . PMID 15554962 .