Система секреции типа II
| Белок бактериальной системы секреции типов II и III | |||
|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||
| Символ | секретин | ||
| Пфам | PF00263 | ||
| ИнтерПро | ИПР004846 | ||
| TCDB | 3.А.5 | ||
| Суперсемейство OPM | 348 | ||
| белок OPM | 5 недель | ||
| Мембраном | 430 | ||
| |||
Система секреции типа 2 (часто называемая системой секреции типа II или инициалами T2SS ) представляет собой тип механизма секреции белка , обнаруженный у различных видов грамотрицательных бактерий , включая многие патогены человека, такие как Pseudomonas aeruginosa и Vibrio cholerae . [1] Система секреции типа II является одной из шести систем секреции белков, обычно встречающихся у грамотрицательных бактерий, наряду с системами секреции типа I , типа III и типа IV , а также пути шаперона/проводника , пути аутотранспортера/типа V. система секреции и система секреции типа VI (некоторые бактерии также используют систему секреции типа VII ). [2] Как и эти другие системы, система секреции типа II обеспечивает транспорт цитоплазматических белков через липидные бислои , составляющие клеточные мембраны грамотрицательных бактерий. Секреция белков и эффекторных молекул из клетки играет решающую роль в передаче сигналов другим клеткам, а также в инвазии и паразитировании клеток-хозяев.
Обзор
[ редактировать ]Система секреции типа II представляет собой мембраносвязанный белковый комплекс , обнаруженный у грамотрицательных бактерий, который используется для секреции белков, обнаруженных в цитоплазме бактерий, во внеклеточное пространство за пределами клетки. Система секреции типа II является лишь одной из многих секреторных систем, обнаруженных у грамотрицательных бактерий, и используется для секреции множества различных белков, включая бактериальные токсины и деградирующие ферменты, такие как протеазы и липазы . Эти секретируемые белки обычно связаны с разрушением тканей хозяина и поэтому часто играют важную роль в возникновении симптомов, связанных с некоторыми бактериальными инфекциями . [3] Каждая бактериальная клетка может содержать ряд комплексов секреции типа II, которые встроены во внутреннюю и внешнюю мембраны клетки.
Наряду с другими секреторными системами, такими как путь шаперон/проводник и система секреции типа IV, секреция типа II представляет собой двухэтапный процесс. На первом этапе задействованы секреторные пути Sec и Tat , которые отвечают за транспортировку белков через внутреннюю мембрану в периплазму . [4] Например, путь Sec используется для транспортировки структурных компонентов системы секреции типа II в периплазму, где они затем могут собираться, тогда как пути Sec и Tat используются для транспортировки секреторных белков в периплазму. Как только эти секреторные белки локализуются в периплазме, может произойти второй этап, в ходе которого они секретируются через внешнюю мембрану во внеклеточную среду.
Структура
[ редактировать ]
В целом система секреции типа II представляет собой крупный мультибелковый механизм, состоящий из ряда отдельных белковых субъединиц , известных как общие секреторные белки (GSP). [5] Гены , кодирующие эти GSP, обычно встречаются в геноме в одном опероне , и многие из этих генов перекрываются. Каждый ген назван буквой, соответствующей GSP, которую он кодирует (например, ген gspD кодирует GspD), и исследования показывают, что от 12 до 15 из этих генов необходимы для функционирования системы секреции типа II. [6] GSP распространены среди ряда различных видов бактерий , и когда они собираются вместе, они образуют комплекс, который структурно очень похож на пили типа IV , придаток, который также часто встречается у грамотрицательных бактерий. [7] В целом систему секреции типа II можно разделить на четыре основных компонента. Это комплекс внешней мембраны, комплекс внутренней мембраны, секреционная АТФаза и псевдопилус.
Наружный мембранный комплекс
[ редактировать ]Комплекс внешней мембраны состоит в основном из секретина GspD. [8] Секретины представляют собой β-цилиндры , находящиеся в мембране, где они образуют каналы, позволяющие веществам проникать в клетки или выходить из них. [9] В системе секреции типа II GspD создает пору во внешней мембране бактериальной клетки, через которую могут секретироваться белки. В результате GspD необходим для правильного функционирования системы, поскольку без него секреторные белки не могут выйти из клетки. GspD транспортируется в периплазму через транслокон Sec и затем встраивается во внешнюю мембрану. Однако эта вставка не является спонтанной и часто зависит от механизма сборки β-цилиндра , который обеспечивает правильное сворачивание белков β-цилиндра перед вставкой в мембрану. [10]
GspD часто обнаруживается связанным с липопротеином GspS. GspS также транспортируется в периплазму с помощью механизма транслокации Sec, после чего он вставляется во внутренний слой внешней мембраны, где остается тесно связанным с GspD. Считается, что GspS играет важную роль в стабилизации секретина GspD и помогает предотвратить его разрушение в присутствии сильно деградирующих периплазматических ферментов . [8]
Внутренний мембранный комплекс
[ редактировать ]Комплекс внутренней мембраны состоит из нескольких различных белков Gsp, встроенных во внутреннюю мембрану. Подобно секретину GspD внешней мембраны, эти белки транспортируются в периплазму по пути транслокации Sec перед вставкой во внутреннюю мембрану. Четыре разных белка составляют комплекс внутренней мембраны; это GspC, GspF, GspL и GspM. [5]
Каждая из этих отдельных субъединиц играет немного разную роль. Например, было показано, что GspC взаимодействует с GspD. Это взаимодействие помогает открыть систему секреции типа II, и только когда эти ворота открыты, секреторные белки могут проникнуть в систему и выкачаться из клетки. Важно отметить, что при объединении GspC, GspL и GspM помогают защитить друг друга от протеолитических ферментов, которые в противном случае могли бы их разрушить. В отличие от других белков, составляющих комплекс внутренней мембраны, GspF является многопроходным трансмембранным белком и может играть роль в связывании секретируемой АТФазы. Однако известно, что GspL образует тесные взаимодействия с секретирующей АТФазой, и это необходимо для удержания его в тесной связи с остальной частью комплекса внутренней мембраны. [11]
Секреция АТФазы
[ редактировать ]Секреторная АТФаза, GspE, представляет собой АТФазу, которая тесно связана с комплексом внутренней мембраны на цитоплазматической стороне внутренней мембраны. [12] GspE принадлежит к семейству АТФаз секреции типа II/IV. АТФазы, принадлежащие к этому семейству, имеют отчетливую гексамерную структуру . Каждая отдельная субъединица гексамера имеет 3 основных домена . Это два отдельных N-концевых домена, называемые N1D и N2D, которые разделены короткой линкерной областью и одним C-концевым доменом, называемым CTD. CTD, в свою очередь, состоит из трех субдоменов, один из которых представляет собой нуклеотидсвязывающий домен . Именно этот нуклеотидсвязывающий домен, присутствующий в каждой из 6 субъединиц гексамера, отвечает за связывание АТФ . составляющие CTD, четырехспиральный домен и металлсвязывающий домен, затем помогают катализировать гидролиз Остальные два домена , связанного АТФ. [12] Этот гидролиз АТФ используется для обеспечения сборки и разборки псевдопиллярий, что приводит к секреции через систему секреции типа II. В результате система не может функционировать без GspE. N-концевые домены N1D и N2D образуют взаимодействия с комплексом внутренней мембраны, которые помогают поддерживать тесную связь секреционной АТФазы с остальной частью системы секреции типа II. Домен N2D до конца не изучен, но наблюдения показывают, что именно N1D отвечает за формирование тесных взаимодействий, наблюдаемых с субъединицей GspL комплекса внутренней мембраны.
Псевдопилус
[ редактировать ]Псевдопилус находится в периплазме, но не распространяется через секретин GspD во внеклеточную среду. Свое название он получил от того факта, что он состоит из ряда пилиноподобных белков или псевдопилинов, известных как GspG, GspH, GspI, GspJ и GspK. [3] Они известны как псевдопилины из-за их сходства с пилинами (такими как PilA), которые составляют пили IV типа, обнаруженные у грамотрицательных бактерий. Как и их аналоги, псевдопилины изначально производятся в незрелой форме. Эти препсевдопилины состоят из N-концевой сигнальной последовательности , которая направляет белки к транслокону Sec, и длинного С-концевого пассажирского домена, который кодирует сам настоящий белок псевдопилин. Как только механизм Sec транспортирует препсевдопилин через внутреннюю мембрану, но до того, как сам белок высвободится в периплазму, N-концевая сигнальная последовательность расщепляется на консервативном участке положительно заряженных аминокислотных остатков. Это расщепление катализируется сигнальной пептидазой GspO, и конечным результатом является удаление N-концевой сигнальной последовательности и образование зрелого псевдопилина. [5] GspO встраивается во внутреннюю мембрану и часто тесно связан с механизмом системы секреции типа II. Зрелые пилины и псевдопилины имеют структуру в форме леденца, состоящую из длинного гидрофобного хвоста и шаровидного гидрофильного головного домена. Попав в периплазму в зрелом состоянии, псевдопилины часто внедряются во внешний листок внутренней мембраны через свои гидрофобные хвосты.
Основным псевдопилином, присутствующим в псевдопилусе, является GspG. Псевдопилус образуется, когда отдельные субъединицы псевдопилина полимеризуются вместе. В этой реакции гидрофобные хвосты различных псевдопилинов сцепляются вместе, оставляя открытыми их глобулярные гидрофильные головки. Эти длинные гидрофобные хвосты способны таким образом объединяться вместе благодаря сильным гидрофобным взаимодействиям, и в результате псевдопилус неуклонно растет. Сборка и разборка этих субъединиц псевдопилуса осуществляется за счет секреции АТФазы GspE. Считается, что это постоянное растяжение и втягивание псевдопилуса заставляет его действовать как поршень и выталкивать секреторные белки через секретин внешней мембраны. Когда псевдопилус втягивается, новые секреторные белки могут попасть в систему, и процесс повторится. Это движение псевдопилуса похоже на движение пилей IV типа, которые, как известно, обеспечивают подергивающуюся моторику . [13]
Механизм
[ редактировать ]Секреция белков через систему секреции типа II происходит весьма специфическим образом и в значительной степени одинакова у разных видов бактерий. Этот механизм можно разбить на несколько этапов:
- Экзопротеины, или белки, которые должны секретироваться, сначала транспортируются через внутреннюю мембрану в периплазму с помощью транслокационного аппарата Sec. Эти экзопротеины будут существовать здесь в периплазменном секрете до тех пор, пока не активируется система секреции типа II.
- Препсевдопилины также транспортируются из цитоплазмы в периплазму посредством транслокационного аппарата Sec. Попав в периплазму, они расщепляются препилиновой пептидазой GspO и превращаются в зрелые псевдопилины. Зрелые псевдопилины могут затем внедряться во внутреннюю мембрану, где они будут существовать до тех пор, пока не произойдет сборка псевдопилинов.
- Затем секретируемая АТФаза GspE связывает и гидролизует АТФ, а полученная энергия используется для формирования псевдопилуса. GspE расположен в цитоплазме, но остается связанным с комплексом внутренней мембраны посредством взаимодействия как с GspL, так и с GspF.
- При активации экзопротеины, ранее транспортированные в периплазму, могут проникать в механизм секреции. Не до конца понятно, как отбираются эти экзопротеины, но считается, что взаимодействие между GspC и GspD играет важную роль.
- Затем сборка псевдопилуса вытесняет экзопротеины через секретин GspD во внеклеточную среду. Этот секретин образует гидрофильный канал во внешней мембране, который позволяет белкам выходить из клетки.
- Оказавшись вне клетки, секретируемые экзопротеины могут выполнять намеченные действия. Некоторые из них, например, могут участвовать в передаче сигналов , а другие могут действовать как факторы вирулентности, способствующие развитию инфекции.
Считается, что ощущение кворума играет ключевую роль в контроле активации системы секреции типа II и инициации высвобождения экзопротеинов. [6] В частности, чувство кворума помогает регулировать транскрипцию генов, кодирующих эти экзопротеины, и гарантирует, что они производятся только тогда, когда поблизости находятся другие подобные бактерии, а условия окружающей среды способствуют выживанию и заражению.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дузи Б., Филлу А., Вульу Р. (2012). «На пути к раскрытию системы секреции бактерий II типа» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 367 (1592): 1059–1072. дои : 10.1098/rstb.2011.0204 . ПМК 3297435 . ПМИД 22411978 .
- ^ Ценг Т., Тайлер Б.М., Сетубал Дж.К. (2009). «Системы секреции белков в ассоциациях бактерия-хозяин и их описание в Онтологии генов» . БМК Микробиология . 9 : С2. дои : 10.1186/1471-2180-9-S1-S2 . ПМЦ 2654662 . ПМИД 19278550 .
- ^ Jump up to: а б Коротков К.В., Сандквист М., Хол В.Г. (2012). «Система секреции типа II: биогенез, молекулярная архитектура и механизм» . Обзоры природы Микробиология . 10 (5): 336–351. дои : 10.1038/nrmicro2762 . ПМЦ 3705712 . ПМИД 22466878 .
- ^ Натале П., Брюсер Т., Дриссен А.Дж. (2008). «Sec- и Tat-опосредованная секреция белка через бактериальную цитоплазматическую мембрану - различные транслоказы и механизмы» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1778 (9): 1735–1756. дои : 10.1016/j.bbamem.2007.07.015 . ПМИД 17935691 .
- ^ Jump up to: а б с Филлу А (2004). «Основные механизмы секреции белка типа II». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1–3 (1–3): 163–179. дои : 10.1016/j.bbamcr.2004.05.003 . ПМИД 15546665 .
- ^ Jump up to: а б Сандквист М (2001). «Секреция и патогенез типа II» . Инфекция и иммунитет . 69 (6): 3523–3535. дои : 10.1128/IAI.69.6.3523-3535.2001 . ПМК 98326 . ПМИД 11349009 .
- ^ Крейг Л., Пике М.Е., Тайнер Дж.А. (2004). «Структура пилуса IV типа и патогенность бактерий». Обзоры природы Микробиология . 2 (5): 363–378. дои : 10.1038/nrmicro885 . ПМИД 15100690 . S2CID 10654430 .
- ^ Jump up to: а б фон Тильс Д., Бледель И., Шмидт М.А., Хойзипп Г. (2012). «Секреция типа II у иерсиний - система секреции патогенности и пригодности для окружающей среды» . Границы клеточной и инфекционной микробиологии . 2 : 160. дои : 10.3389/fcimb.2012.00160 . ПМК 3521999 . ПМИД 23248779 .
- ^ Коротков К.В., Гонен Т., Хол В.Г. (2011). «Секретины: динамические каналы транспорта белков через мембраны» . Тенденции биохимических наук . 36 (8): 433–443. дои : 10.1016/j.tibs.2011.04.002 . ПМК 3155655 . ПМИД 21565514 .
- ^ Риччи Д.П., Силхави Т.Дж. (2012). «Машина Бэма: молекулярный бондарь» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) – Биомембраны . 1818 (4): 1067–1084. дои : 10.1016/j.bbamem.2011.08.020 . ПМЦ 3253334 . ПМИД 21893027 .
- ^ Джонсон Т.Л., Абендрот Дж., Хол В.Г., Сандквист М. (2006). «Секреция II типа: от структуры к функции» . Письма FEMS по микробиологии . 255 (2): 175–186. дои : 10.1111/j.1574-6968.2006.00102.x . hdl : 2027.42/74575 . ПМИД 16448494 .
- ^ Jump up to: а б Лу С., Терли С., Марионни С.Т., Парк С.Ю., Ли К.К., Патрик М., Шах Р., Сандквист М., Буш М.Ф., Хол В.Г. (2013). «Гексамеры АТФазы GspE секреции II типа из Vibrio cholerae с повышенной АТФазной активностью» . Структура . 21 (9): 1707–1717. дои : 10.1016/j.str.2013.06.027 . ПМЦ 3775503 . ПМИД 23954505 .
- ^ Мэттик Дж.С. (2002). «Пили IV типа и подергивания моторики». Ежегодный обзор микробиологии . 56 : 289–314. дои : 10.1146/annurev.micro.56.012302.160938 . ПМИД 12142488 .