Система секреции типа IV

Бактериальная система секреции типа IV , также известная как система секреции типа IV или T4SS секреции, , представляет собой комплекс белков обнаруженный у грамотрицательных бактерий , грамположительных бактерий и архей . 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 относятся к механизму конъюгации , который обычно включает одноэтапную систему секреции и использование пилуса . ^{[ 2 ]} Системы секреции типа IV используются для конъюгации, обмена ДНК с внеклеточным пространством и доставки белков к клеткам- мишеням . Система секреции типа IV делится на тип IVA и тип IVB в зависимости от генетического происхождения.

Известные примеры системы секреции типа IV включают вставку плазмиды в растения Agrobacterium tumefaciens , токсинов методы доставки Bordetella pertussis ( коклюш ) и Legionella pneumophila ( болезнь легионеров ), а также половые пилусы F.

Функция

Система секреции типа IV представляет собой белковый комплекс, обнаруженный у прокариот, используемый для транспортировки ДНК , белков или эффекторных молекул из цитоплазмы во внеклеточное пространство за пределы клетки. ^{[ 1 ]} Система секреции IV типа связана с прокариотическим механизмом конъюгации . ^{[ 2 ]} Системы секреции типа IV представляют собой весьма универсальную группу, присутствующую у грамположительных бактерий , грамотрицательных бактерий и архей . Обычно они включают один шаг, в котором используется пилус, хотя существуют исключения. ^{[ 3 ]}

Системы секреции типа IV весьма разнообразны, имеют множество функций и типов, обусловленных разными путями эволюции. Прежде всего, системы секреции типа IV группируются на основе структурного и генетического сходства и лишь отдаленно связаны друг с другом. Системы типа IVA аналогичны системе VirB/D4 Agrobacterium tumefaciens . Системы типа IVB аналогичны системам Dot/Icm, обнаруженным у внутриклеточных патогенов, таких как Legionella pneumophila . Системы «другого» типа не похожи ни на IVA, ни на IVB. ^{[ 3 ]} Типы генетически различны и используют отдельные наборы белков, однако белки между наборами имеют сильную гомологию друг с другом, что приводит к тому, что они функционируют одинаково. ^{[ 1 ]}

Системы секреции типа IV также подразделяются по функциям на три основных типа. Конъюгативные системы: используются для переноса ДНК через контакт клетки с клеткой (процесс, называемый конъюгацией ); Системы высвобождения и поглощения ДНК: используются для обмена ДНК с внеклеточной средой (процесс, называемый трансформацией ); и эффекторные системы: используются для переноса белков в клетки-мишени. ^{[ 4 ]} Системы конъюгации, а также системы высвобождения и поглощения ДНК играют важную роль в горизонтальном переносе генов , что позволяет прокариотам адаптироваться к окружающей среде, например, развивать устойчивость 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 (язва желудка), коклюш и болезнь легионеров . ^{[ 1 ]}

Структура

В настоящее время хорошо описана только структура систем секреции IVA типа, которые встречаются у грамотрицательных бактерий. Он состоит из 12 белковых субъединиц VirB1 – VirB11 и VirD4, аналоги которых существуют во всех системах типа IVA. ^{[ 1 ]} Компоненты системы секреции типа IV можно разделить на 3 группы: каркас канала транслокации, АТФазы и пилусы.

Каркас канала транслокации — это часть механизма, который создает канал между внеклеточным пространством и цитоплазмой через внутреннюю и внешнюю мембраны и содержит VirB6 — VirB10. Основной комплекс каркаса состоит из 14 копий VirB7, VirB9 и VirB10, которые образуют цилиндрический канал, охватывающий обе мембраны и соединяющий цитоплазму с внеклеточным пространством. ^{[ 6 ]}

Единственный белок VirB10 является неотъемлемой частью как внутренней, так и внешней мембраны. Он вставляется во внешнюю мембрану с помощью α-спиральной бочкообразной структуры, которая помогает сформировать канал между двумя мембранами. ^{[ 7 ]} имеется отверстие На цитоплазматическом конце канала , за которым следует большая камера и второе отверстие. Второе открытие требует конформационного изменения , чтобы обеспечить переход субстрата из цитоплазмы в канал. ^{[ 1 ]} Считается, что либо VirB6, либо VirB8 образуют поры внутренней мембраны, поскольку они являются неотъемлемыми белками внутренней мембраны 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 «АТФазами трафика». VirB4 недостаточно охарактеризован. ^{[ 9 ]}^{[ 1 ]}

Пилюс состоит из VirB2 и VirB5, причем VirB2 является основным компонентом. ^{[ 1 ]} У A. tumefaciens пилус имеет диаметр 8–12 нм и длину менее одного мкм. F пили , еще один часто изучаемый тип пилусов, намного длиннее и составляют 2–20 мкм. ^{[ 2 ]}

Механизм

Из-за большого разнообразия систем секреции типа IV как по происхождению, так и по функциям, трудно что-либо сказать механистически о группе в целом.

Как правило, после упаковки ДНК в конъюгативную систему она рекрутируется аналогами АТФазы к связывающему белку VirD4, а затем транслоцируется через пилус. ^{[ 3 ]} В частности, у A. tumefaciens ДНК проходит через охарактеризованную цепь ферментов, прежде чем достичь пилуса. ДНК рекрутируется VirD4, затем VirB11, затем к межмембранным белкам (VirB6 и VirB8), перемещается к VirB9 и, наконец, отправляется в пилус (VirB2). ^{[ 10 ]}^{[ 1 ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Уоллден К., Ривера-Кальсада А., Ваксман Г. (сентябрь 2010 г.). «Системы секреции типа IV: универсальность и разнообразие функций» . Клеточная микробиология . 12 (9): 1203–12. дои : 10.1111/j.1462-5822.2010.01499.x . ПМК 3070162 . ПМИД 20642798 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Лоули Т.Д., Климке В.А., Габбинс М.Дж., Фрост Л.С. (июль 2003 г.). «Конъюгация F-фактора представляет собой настоящую систему секреции IV типа» . Письма FEMS по микробиологии . 224 (1): 1–15. дои : 10.1016/S0378-1097(03)00430-0 . ПМИД 12855161 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Кристи П.Дж., Атмакури К., Кришнамурти В., Якубовски С., Каскалес Э. (октябрь 2005 г.). «Биогенез, архитектура и функции систем секреции бактерий IV типа» . Ежегодный обзор микробиологии . 59 (1): 451–85. дои : 10.1146/annurev.micro.58.030603.123630 . ПМЦ 3872966 . ПМИД 16153176 .
^ Альварес-Мартинес CE, Кристи П.Дж. (декабрь 2009 г.). «Биологическое разнообразие систем секреции прокариот IV типа» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 73 (4): 775–808. дои : 10.1128/MMBR.00023-09 . ПМЦ 2786583 . ПМИД 19946141 .
^ Каскалес Э., Кристи П.Дж. (ноябрь 2003 г.). «Универсальные системы секреции бактерий IV типа» . Обзоры природы. Микробиология . 1 (2): 137–49. дои : 10.1038/nrmicro753 . ПМЦ 3873781 . ПМИД 15035043 .
^ Фронзес Р., Шефер Э., Ван Л., Сайбил Х.Р., Орлова Е.В., Ваксман Г. (январь 2009 г.). «Структура основного комплекса системы секреции IV типа» . Наука . 323 (5911): 266–8. дои : 10.1126/science.1166101 . ПМК 6710095 . ПМИД 19131631 .
^ Чандран В., Фронзес Р., Дюкеррой С., Кронин Н., Наваза Дж., Ваксман Г. (декабрь 2009 г.). «Строение наружного мембранного комплекса системы секреции IV типа» . Природа . 462 (7276): 1011–5. Бибкод : 2009Natur.462.1011C . дои : 10.1038/nature08588 . ПМЦ 2797999 . ПМИД 19946264 .
^ Каскальс Э., Кристи П.Дж. (май 2004 г.). «Определение пути секреции ДНК-субстрата бактериями IV типа» . Наука . 304 (5674): 1170–3. Бибкод : 2004Sci...304.1170C . дои : 10.1126/science.1095211 . ПМЦ 3882297 . ПМИД 15155952 .
^ Фронзес Р., Кристи П.Дж., Ваксман Г. (октябрь 2009 г.). «Структурная биология систем секреции IV типа» . Обзоры природы. Микробиология . 7 (10): 703–14. дои : 10.1038/nrmicro2218 . ПМЦ 3869563 . ПМИД 19756009 .
^ Атмакури К., Каскалес Э., Кристи П.Дж. (декабрь 2004 г.). «Энергетические компоненты VirD4, VirB11 и VirB4 опосредуют ранние реакции переноса ДНК, необходимые для секреции бактерий IV типа» . Молекулярная микробиология . 54 (5): 1199–211. дои : 10.1111/j.1365-2958.2004.04345.x . ПМЦ 3869561 . ПМИД 15554962 .

[:0-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Уоллден К., Ривера-Кальсада А., Ваксман Г. (сентябрь 2010 г.). «Системы секреции типа IV: универсальность и разнообразие функций» . Клеточная микробиология . 12 (9): 1203–12. дои : 10.1111/j.1462-5822.2010.01499.x . ПМК 3070162 . ПМИД 20642798 .

[:1-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Лоули Т.Д., Климке В.А., Габбинс М.Дж., Фрост Л.С. (июль 2003 г.). «Конъюгация F-фактора представляет собой настоящую систему секреции IV типа» . Письма FEMS по микробиологии . 224 (1): 1–15. дои : 10.1016/S0378-1097(03)00430-0 . ПМИД 12855161 .

[:2-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Кристи П.Дж., Атмакури К., Кришнамурти В., Якубовски С., Каскалес Э. (октябрь 2005 г.). «Биогенез, архитектура и функции систем секреции бактерий IV типа» . Ежегодный обзор микробиологии . 59 (1): 451–85. дои : 10.1146/annurev.micro.58.030603.123630 . ПМЦ 3872966 . ПМИД 16153176 .

[4] Альварес-Мартинес CE, Кристи П.Дж. (декабрь 2009 г.). «Биологическое разнообразие систем секреции прокариот IV типа» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 73 (4): 775–808. дои : 10.1128/MMBR.00023-09 . ПМЦ 2786583 . ПМИД 19946141 .

[5] Каскалес Э., Кристи П.Дж. (ноябрь 2003 г.). «Универсальные системы секреции бактерий IV типа» . Обзоры природы. Микробиология . 1 (2): 137–49. дои : 10.1038/nrmicro753 . ПМЦ 3873781 . ПМИД 15035043 .

[6] Фронзес Р., Шефер Э., Ван Л., Сайбил Х.Р., Орлова Е.В., Ваксман Г. (январь 2009 г.). «Структура основного комплекса системы секреции IV типа» . Наука . 323 (5911): 266–8. дои : 10.1126/science.1166101 . ПМК 6710095 . ПМИД 19131631 .

[7] Чандран В., Фронзес Р., Дюкеррой С., Кронин Н., Наваза Дж., Ваксман Г. (декабрь 2009 г.). «Строение наружного мембранного комплекса системы секреции IV типа» . Природа . 462 (7276): 1011–5. Бибкод : 2009Natur.462.1011C . дои : 10.1038/nature08588 . ПМЦ 2797999 . ПМИД 19946264 .

[8] Каскальс Э., Кристи П.Дж. (май 2004 г.). «Определение пути секреции ДНК-субстрата бактериями IV типа» . Наука . 304 (5674): 1170–3. Бибкод : 2004Sci...304.1170C . дои : 10.1126/science.1095211 . ПМЦ 3882297 . ПМИД 15155952 .

[9] Фронзес Р., Кристи П.Дж., Ваксман Г. (октябрь 2009 г.). «Структурная биология систем секреции IV типа» . Обзоры природы. Микробиология . 7 (10): 703–14. дои : 10.1038/nrmicro2218 . ПМЦ 3869563 . ПМИД 19756009 .

[10] Атмакури К., Каскалес Э., Кристи П.Дж. (декабрь 2004 г.). «Энергетические компоненты VirD4, VirB11 и VirB4 опосредуют ранние реакции переноса ДНК, необходимые для секреции бактерий IV типа» . Молекулярная микробиология . 54 (5): 1199–211. дои : 10.1111/j.1365-2958.2004.04345.x . ПМЦ 3869561 . ПМИД 15554962 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]