Пептид, стимулирующий компетентность

Пептид, стимулирующий компетентность (CSP), химический мессенджер, способствующий инициации ощущения кворума , существует во многих бактериальных родах. Бактериальная трансформация дезоксирибонуклеиновых кислот ( ДНК ) управляется CSP-связанным ощущением кворума. ^{[ 1 ]}

Пептиды, стимулирующие компетентность, представляют собой подмножество белков, которые способствуют чувству кворума у многочисленных родов бактерий, включая Streptococcus и Bacillus . Чувство кворума способствует регуляции экспрессии специфических генов в ответ на колебания плотности клеточной популяции. Streptococcus pneumoniae, хорошо изученная грамположительная бактерия , способна чувствовать кворум и выделять аутоиндукторы — химические сигналы, концентрация которых увеличивается в зависимости от плотности. Пептиды, стимулирующие компетентность, являются частью уникальной формы регуляции, участвующей в процессинге ДНК. Процессинг ДНК начинается внезапно и одновременно во всех клетках в постоянно или экспоненциально растущей культуре, а затем рост быстро снижается примерно через 12 минут экспоненциального роста.

Фон

Компетентность — это способность бактерий извлекать фрагменты ДНК из окружающей среды и интегрировать их в свою хромосому. Пептиды, стимулирующие компетентность (CSP), представляют собой сигнальные пептиды из 17 аминокислот, запускающие чувство кворума, что способствует компетентности, образованию биопленок и вирулентности . Склонность S. pneumoniae к развитию компетентности имеет решающее значение для развития устойчивости бактерии к антибиотикам. ^{[ 2 ]}

Значительная часть клеток в культуре видов, проявление компетентности которых изучалось, показывает, что специфические условия роста (например, условия, ограничивающие рост) привели к развитию компетентности. S. pneumonia уникален в том смысле, что практически все клетки культуры одновременно развивают способность становиться компетентными. Плотность, которой достигли клетки во время экспоненциального роста, играет роль в определении момента активации компетентности. Этот период компетентности длится лишь короткий период времени, и исследования показывают, что это не влияет на скорость роста культуры. ^{[ 3 ]} Существует две основные группы специфичности, на которые S. pneumoniae можно разделить на основе сигнала CSP, который они производят, и совместимых с ними рецепторов. Сигнал CSP1 принимается рецептором ComD1, а сигнал CSP2 принимается ComD2. ^{[ 2 ]}

Физиология и биохимия

Streptococcus pneumoniae — один из наиболее хорошо изученных видов бактерий, содержащих CSP, хотя другие роды и виды также используют гормоноподобный белок. ^{[ 1 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} Различия в структуре, ^{[ 6 ]} специфичность рецептора и последовательность кодонов встречаются даже между разными штаммами одного и того же вида. Однако гомология между CSP сохраняет один отрицательно заряженный N-конец, остаток аргинина в третьем положении (С3) и положительно заряженный С-конец. Специфичность сигнального рецептора демонстрируется у видов стрептококков через взаимосвязь между сигналами CSP1 и CSP2, а также рецепторами ComD1 и ComD2. Вариации специфичности и состава рецептора можно оценить на основе ядерного магнитного резонанса ( ЯМР ). анализа спектроскопии ^{[ 2 ]}

Показано, что изменения в структуре сигналов CSP, таких как CSP1 и CSP2, ингибируют клеточный ответ на эти пептиды, что часто приводит к снижению образования биопленок. ^{[ 7 ]} Замена первого остатка глутамата в CSP1 ингибирует рецепторную активацию генов компетентности, а гидрофобные области молекулы CSP1 играют ключевую роль в эффективном связывании ComD1 и Com2. ^{[ 8 ]} Межвидовые взаимодействия между организмами, продуцирующими биопленки, вызывают высвобождение химических сигналов, которые ингибируют связывание или активацию рецепторов в процессах, стимулирующих компетентность. ^{[ 9 ]}

Инициация трансформации ДНК начинается, когда внутри бактериальной клетки достигается пороговая концентрация CSP. Плотность клеток пропорциональна концентрации CSP. После достижения пороговой концентрации трансмембранные гистидинкиназы активируются путем связывания соответствующих пептидов. Белки-регуляторы, в свою очередь, фосфорилируются активированными киназами, тем самым индуцируя экспрессию генов компетентности. Такие гены производят белки, ответственные за трансформацию ДНК. ^{[ 10 ]}

Последствия для здравоохранения и промышленности

Бактерии, чувствующие кворум в микробиоме человека, ответственны за многие заболевания, включая синусит , ^{[ 11 ]} отит Средний ^{[ 11 ]}^{[ 12 ]} Пневмония , ^{[ 11 ]} Бактериемия, ^{[ 13 ]} Остеомиелит , Септический артрит, Менингит . ^{[ 14 ]} Только в Соединенных Штатах число смертей от этого патогена составляет более 22 000 человек в год. ^{[ 15 ]} S. pneumoniae использует способность стимулировать пептиды и чувство кворума, чтобы инициировать атаку, установить инфекцию и развить гены устойчивости к антибиотикам. Пептид, стимулирующий общую компетентность, позволяет S. pneumoniae инициировать более масштабную атаку на человека-хозяина.

В настоящее время в сфере здравоохранения и промышленности исследования сосредоточены на объяснении и выявлении области компетенции S. pneumoniae. Цель состоит в том, чтобы ограничить межклеточную связь в надежде снизить инфекционность S. pneumoniae . ^{[ 16 ]} Ингибирование пептида, стимулирующего компетентность, демонстрирует потенциал в качестве способа борьбы с пневмококковыми инфекциями. ^{[ 15 ]}

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Сунтарлингам, Прашант; Цвиткович, Деннис Г. (январь 2005 г.). «Ощущение кворума при формировании стрептококковой биопленки» . Тенденции в микробиологии . 13 (1): 3–6. дои : 10.1016/j.tim.2004.11.009 . ISSN 0966-842X . ПМИД 15639624 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Ян, Ифан; Корнилеску, Габриэль; Тал-Ган, Ифтах (11 сентября 2018 г.). «Структурная характеристика аналогов пептидов, стимулирующих компетентность, раскрывает ключевые особенности связывания рецепторов ComD1 и ComD2 у Streptococcus pneumoniae» . Биохимия . 57 (36): 5359–5369. doi : 10.1021/acs.biochem.8b00653 . ISSN 0006-2960 . ПМК 6145841 . ПМИД 30125091 .
^ Моррисон, округ Колумбия; Бейкер, МФ (ноябрь 1979 г.). «Компетентность к генетической трансформации пневмококка зависит от синтеза небольшого набора белков» . Природа . 282 (5735): 215–217. Бибкод : 1979Natur.282..215M . дои : 10.1038/282215a0 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 40135 . S2CID 4322312 .
^ Джонсборг, Ола; Кристиансен, Пер Ойген; Бломквист, Тринелиза; Ховарштайн, Лейв Сигве (март 2006 г.). «Гидрофобный участок в пептиде, стимулирующем компетентность, феромоне пневмококковой компетентности, необходим для специфичности и биологической активности» . Журнал бактериологии . 188 (5): 1744–1749. дои : 10.1128/JB.188.5.1744-1749.2006 . ISSN 0021-9193 . ПМЦ 1426553 . ПМИД 16484185 .
^ Бикаш, Чоудхури Райхан; Хэмри, Салли Р.; Тал-Ган, Ифтах (14 сентября 2018 г.). «Взаимосвязь между структурой и активностью пептида, стимулирующего компетентность, в Streptococcus mutans выявляет мотивы, критически важные для распознавания мембранной протеазы SepM и активации рецептора ComD» . ОКС Инфекционные болезни . 4 (9): 1385–1394. doi : 10.1021/acsinfecdis.8b00115 . ISSN 2373-8227 . ПМК 6138527 . ПМИД 29990430 .
^ «Белок, стимулирующий компетентность - Структура - NCBI» . www.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 21 октября 2023 г.
^ Лемм, Андре; Гребе, Лотар; Рек, Майкл; Томаш, Юрген; Вагнер-Дёблер, Ирен (15 апреля 2011 г.). «Специфический для субпопуляции транскриптомный анализ Streptococcus mutans, индуцированного пептидами, стимулирующими компетентность» . Журнал бактериологии . 193 (8): 1863–1877. дои : 10.1128/JB.01363-10 . ISSN 0021-9193 . ПМК 3133041 . ПМИД 21317319 .
^ Ян, Ифан; Тал-Ган, Ифтах (август 2019 г.). «Изучение требований к N-концевому стимулирующему компетентность пептиду (CSP) для эффективной активации рецептора ComD у Streptococcus pneumoniae группы 1» . Биоорганическая химия . 89 : 102987. doi : 10.1016/j.bioorg.2019.102987 . ПМК 6656601 . ПМИД 31132605 .
^ Тамура, С.; Ёнезава, Х.; Мотеги, М.; Накао, Р.; Йонеда, С.; Ватанабэ, Х.; Ямадзаки, Т.; Сенпуку, Х. (апрель 2009 г.). «Ингибирующее действие Streptococcus salivarius на формирование компетентностно-стимулирующей пептид-зависимой биопленки Streptococcus mutans» . Оральная микробиология и иммунология . 24 (2): 152–161. дои : 10.1111/j.1399-302X.2008.00489.x . ISSN 0902-0055 . ПМИД 19239643 .
^ Ян, Ифан; Корнилеску, Габриэль; Тал-Ган, Ифтах (11 сентября 2018 г.). «Структурная характеристика аналогов пептидов, стимулирующих компетентность, раскрывает ключевые особенности связывания рецепторов ComD1 и ComD2 у Streptococcus pneumoniae» . Биохимия . 57 (36): 5359–5369. doi : 10.1021/acs.biochem.8b00653 . ISSN 0006-2960 . ПМК 6145841 . ПМИД 30125091 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Годен, Жюли; Таялакуласингам, Тифа (7 сентября 2023 г.). «Инвазивная пневмококковая болезнь и COVID-19 с острым средним отитом и дефектом барабанной перепонки» . Куреус . 15 (9): e44869. дои : 10.7759/cureus.44869 . ISSN 2168-8184 . ПМЦ 10560565 . ПМИД 37814724 .
^ Хорхат, Ралука; Хорхат, Флорин-Рауль; Мокану, Валерия (2021). «Связана ли множественная лекарственная устойчивость при остром среднем отите, вызванном Streptococcus pneumoniae, с более тяжелым заболеванием?» . Медицинские принципы и практика . 30 (6): 571–578. дои : 10.1159/000518720 . ISSN 1011-7571 . ПМЦ 8739848 . ПМИД 34348311 .
^ де Лео, Мишель М; Койперс, Ремко С (апрель 2021 г.). «Сердечно-сосудистые осложнения бактериемии Streptococcus pneumoniae» . Отчеты о случаях BMJ . 14 (4): e240341. дои : 10.1136/bcr-2020-240341 . ISSN 1757-790X . ПМК 8030674 . PMID 33827874 .
^ Вайнгарнер, Джеймс Х; Виткопп, Джеффри (24 мая 2020 г.). «Менингит, вызванный Streptococcus pneumoniae, связанный с промыванием носовых пазух, отпускаемым без рецепта» . Куреус . 12 (5): е8258. дои : 10.7759/cureus.8258 . ISSN 2168-8184 . ПМЦ 7313434 . ПМИД 32596076 .
^ Jump up to: ^а ^б Койрала, Бимал; Линь, Цзинджун; Лау, Джи В.; Тал-Ган, Ифтах (16 ноября 2018 г.). «Разработка доминантного пептида, стимулирующего негативную компетентность (dnCSP), который ослабляет инфекционность Streptococcus pneumoniae на мышиной модели острой пневмонии» . ХимБиоХим . 19 (22): 2380–2386. дои : 10.1002/cbic.201800505 . ISSN 1439-4227 . ПМК 6251734 . ПМИД 30211457 .
^ Ян, Ифан; Линь, Цзинджун; Харрингтон, Энтони; Корнилеску, Габриэль; Лау, Джи В.; Тал-Ган, Ифтах (21 января 2020 г.). «Разработка аналогов циклического пептида, стимулирующего компетентность (CSP), с ингибирующей активностью пан-группового кворума у Streptococcus pneumoniae» . Труды Национальной академии наук . 117 (3): 1689–1699. Бибкод : 2020PNAS..117.1689Y . дои : 10.1073/pnas.1915812117 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 6983377 . ПМИД 31915298 .

[Suntharalingam-2005-1] Jump up to: ^а ^б Сунтарлингам, Прашант; Цвиткович, Деннис Г. (январь 2005 г.). «Ощущение кворума при формировании стрептококковой биопленки» . Тенденции в микробиологии . 13 (1): 3–6. дои : 10.1016/j.tim.2004.11.009 . ISSN 0966-842X . ПМИД 15639624 .

[Yang-2018-2] Jump up to: ^а ^б ^с Ян, Ифан; Корнилеску, Габриэль; Тал-Ган, Ифтах (11 сентября 2018 г.). «Структурная характеристика аналогов пептидов, стимулирующих компетентность, раскрывает ключевые особенности связывания рецепторов ComD1 и ComD2 у Streptococcus pneumoniae» . Биохимия . 57 (36): 5359–5369. doi : 10.1021/acs.biochem.8b00653 . ISSN 0006-2960 . ПМК 6145841 . ПМИД 30125091 .

[3] Моррисон, округ Колумбия; Бейкер, МФ (ноябрь 1979 г.). «Компетентность к генетической трансформации пневмококка зависит от синтеза небольшого набора белков» . Природа . 282 (5735): 215–217. Бибкод : 1979Natur.282..215M . дои : 10.1038/282215a0 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 40135 . S2CID 4322312 .

[4] Джонсборг, Ола; Кристиансен, Пер Ойген; Бломквист, Тринелиза; Ховарштайн, Лейв Сигве (март 2006 г.). «Гидрофобный участок в пептиде, стимулирующем компетентность, феромоне пневмококковой компетентности, необходим для специфичности и биологической активности» . Журнал бактериологии . 188 (5): 1744–1749. дои : 10.1128/JB.188.5.1744-1749.2006 . ISSN 0021-9193 . ПМЦ 1426553 . ПМИД 16484185 .

[5] Бикаш, Чоудхури Райхан; Хэмри, Салли Р.; Тал-Ган, Ифтах (14 сентября 2018 г.). «Взаимосвязь между структурой и активностью пептида, стимулирующего компетентность, в Streptococcus mutans выявляет мотивы, критически важные для распознавания мембранной протеазы SepM и активации рецептора ComD» . ОКС Инфекционные болезни . 4 (9): 1385–1394. doi : 10.1021/acsinfecdis.8b00115 . ISSN 2373-8227 . ПМК 6138527 . ПМИД 29990430 .

[6] «Белок, стимулирующий компетентность - Структура - NCBI» . www.ncbi.nlm.nih.gov . Проверено 21 октября 2023 г.

[7] Лемм, Андре; Гребе, Лотар; Рек, Майкл; Томаш, Юрген; Вагнер-Дёблер, Ирен (15 апреля 2011 г.). «Специфический для субпопуляции транскриптомный анализ Streptococcus mutans, индуцированного пептидами, стимулирующими компетентность» . Журнал бактериологии . 193 (8): 1863–1877. дои : 10.1128/JB.01363-10 . ISSN 0021-9193 . ПМК 3133041 . ПМИД 21317319 .

[8] Ян, Ифан; Тал-Ган, Ифтах (август 2019 г.). «Изучение требований к N-концевому стимулирующему компетентность пептиду (CSP) для эффективной активации рецептора ComD у Streptococcus pneumoniae группы 1» . Биоорганическая химия . 89 : 102987. doi : 10.1016/j.bioorg.2019.102987 . ПМК 6656601 . ПМИД 31132605 .

[9] Тамура, С.; Ёнезава, Х.; Мотеги, М.; Накао, Р.; Йонеда, С.; Ватанабэ, Х.; Ямадзаки, Т.; Сенпуку, Х. (апрель 2009 г.). «Ингибирующее действие Streptococcus salivarius на формирование компетентностно-стимулирующей пептид-зависимой биопленки Streptococcus mutans» . Оральная микробиология и иммунология . 24 (2): 152–161. дои : 10.1111/j.1399-302X.2008.00489.x . ISSN 0902-0055 . ПМИД 19239643 .

[10] Ян, Ифан; Корнилеску, Габриэль; Тал-Ган, Ифтах (11 сентября 2018 г.). «Структурная характеристика аналогов пептидов, стимулирующих компетентность, раскрывает ключевые особенности связывания рецепторов ComD1 и ComD2 у Streptococcus pneumoniae» . Биохимия . 57 (36): 5359–5369. doi : 10.1021/acs.biochem.8b00653 . ISSN 0006-2960 . ПМК 6145841 . ПМИД 30125091 .

[Gaudin-2023-11] Jump up to: ^а ^б ^с Годен, Жюли; Таялакуласингам, Тифа (7 сентября 2023 г.). «Инвазивная пневмококковая болезнь и COVID-19 с острым средним отитом и дефектом барабанной перепонки» . Куреус . 15 (9): e44869. дои : 10.7759/cureus.44869 . ISSN 2168-8184 . ПМЦ 10560565 . ПМИД 37814724 .

[12] Хорхат, Ралука; Хорхат, Флорин-Рауль; Мокану, Валерия (2021). «Связана ли множественная лекарственная устойчивость при остром среднем отите, вызванном Streptococcus pneumoniae, с более тяжелым заболеванием?» . Медицинские принципы и практика . 30 (6): 571–578. дои : 10.1159/000518720 . ISSN 1011-7571 . ПМЦ 8739848 . ПМИД 34348311 .

[13] де Лео, Мишель М; Койперс, Ремко С (апрель 2021 г.). «Сердечно-сосудистые осложнения бактериемии Streptococcus pneumoniae» . Отчеты о случаях BMJ . 14 (4): e240341. дои : 10.1136/bcr-2020-240341 . ISSN 1757-790X . ПМК 8030674 . PMID 33827874 .

[14] Вайнгарнер, Джеймс Х; Виткопп, Джеффри (24 мая 2020 г.). «Менингит, вызванный Streptococcus pneumoniae, связанный с промыванием носовых пазух, отпускаемым без рецепта» . Куреус . 12 (5): е8258. дои : 10.7759/cureus.8258 . ISSN 2168-8184 . ПМЦ 7313434 . ПМИД 32596076 .

[Koirala-2018-15] Jump up to: ^а ^б Койрала, Бимал; Линь, Цзинджун; Лау, Джи В.; Тал-Ган, Ифтах (16 ноября 2018 г.). «Разработка доминантного пептида, стимулирующего негативную компетентность (dnCSP), который ослабляет инфекционность Streptococcus pneumoniae на мышиной модели острой пневмонии» . ХимБиоХим . 19 (22): 2380–2386. дои : 10.1002/cbic.201800505 . ISSN 1439-4227 . ПМК 6251734 . ПМИД 30211457 .

[16] Ян, Ифан; Линь, Цзинджун; Харрингтон, Энтони; Корнилеску, Габриэль; Лау, Джи В.; Тал-Ган, Ифтах (21 января 2020 г.). «Разработка аналогов циклического пептида, стимулирующего компетентность (CSP), с ингибирующей активностью пан-группового кворума у Streptococcus pneumoniae» . Труды Национальной академии наук . 117 (3): 1689–1699. Бибкод : 2020PNAS..117.1689Y . дои : 10.1073/pnas.1915812117 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 6983377 . ПМИД 31915298 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]