Система секреции III типа
Фактор вирулентности бактерий
Изображение изолированных игольчатых комплексов T3SS из Salmonella Typhimurium, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа

Система секреции типа III ( T3SS или TTSS ) является одной из систем бактериальной секреции, используемых бактериями для секреции своих эффекторных белков в клетки хозяина для повышения вирулентности и колонизации . [1] [2] Хотя система секреции типа III широко рассматривается как эквивалент инъектисомы , многие утверждают, что инъектисома является лишь частью системы секреции типа III, которая также включает такие структуры, как аппарат экспорта жгутиков. [3] T3SS представляет собой игольчатый белковый комплекс, обнаруженный у нескольких видов патогенных грамотрицательных бактерий .

Обзор

Термин система секреции типа III был введен в 1993 году. [4] Эта система секреции отличается по крайней мере от пяти других систем секреции, обнаруженных у грамотрицательных бактерий . Многие бактерии, ассоциированные с животными и растениями, обладают схожими T3SS. Эти T3SS схожи в результате конвергентной эволюции, и филогенетический анализ подтверждает модель, в которой грамотрицательные бактерии могут передавать генную кассету T3SS горизонтально другим видам. Некоторые из наиболее изученных T3SS происходят от видов: [ необходима цитата ]

T3SS состоит примерно из 30 различных белков, что делает ее одной из самых сложных систем секреции. Ее структура показывает много сходства с бактериальными жгутиками (длинные, жесткие, внеклеточные структуры, используемые для подвижности ). Некоторые из белков, участвующих в T3SS, разделяют гомологию аминокислотной последовательности с жгутиковыми белками. Некоторые из бактерий, обладающих T3SS, также имеют жгутики и подвижны ( например, Salmonella ), а некоторые нет ( например, Shigella ). Технически говоря, секреция типа III используется как для секреции белков, связанных с инфекцией, так и для жгутиковых компонентов. Однако термин «секреция типа III» используется в основном по отношению к аппарату инфекции. Бактериальный жгутик имеет общего предка с системой секреции типа III. [5] [6]

T3SS необходимы для патогенности (способности инфицировать) многих патогенных бактерий. Дефекты в T3SS могут сделать бактерию непатогенной. Было высказано предположение, что некоторые неинвазивные штаммы грамотрицательных бактерий утратили T3SS, поскольку эта энергетически затратная система больше не используется. [7] Хотя традиционные антибиотики были эффективны против этих бактерий в прошлом, постоянно появляются устойчивые к антибиотикам штаммы. Понимание того, как работает T3SS, и разработка лекарств, нацеленных именно на нее, стали важной целью многих исследовательских групп по всему миру с конца 1990-х годов.

Структура

Семейство белков
Система секреции III типа
Комплекс игл T3SS
Идентификаторы
СимволТ3СС
TCDB1.Б.22
суперсемейство OPM348
белок ОПМ5tcq

Отличительной чертой T3SS является игла [8] [9] (в более общем смысле, комплекс иглы ( NC ) или аппарат T3SS ( T3SA ); также называемый инъектисомой , когда АТФаза исключена; см. ниже). Бактериальные белки, которые необходимо секретировать, проходят из бактериальной цитоплазмы через иглу непосредственно в цитоплазму хозяина. Три мембраны разделяют две цитоплазмы: двойные мембраны (внутренняя и внешняя мембраны) грамотрицательной бактерии и эукариотическая мембрана. Игла обеспечивает плавный проход через эти высокоселективные и почти непроницаемые мембраны. Одна бактерия может иметь несколько сотен комплексов игл, распределенных по ее мембране. Было высказано предположение, что комплекс иглы является универсальной особенностью всех T3SS патогенных бактерий. [10]

Комплекс иглы начинается в цитоплазме бактерии, пересекает две мембраны и выступает из клетки. Часть, закрепленная в мембране, является основанием ( или базальным тельцем ) T3SS. Внеклеточная часть — это игла. Так называемый внутренний стержень соединяет иглу с основанием. Сама игла, хотя и является самой большой и выдающейся частью T3SS, состоит из многих единиц одного белка. Поэтому большинство различных белков T3SS — это те, которые строят основание, и те, которые секретируются в хозяина. Как упоминалось выше, комплекс иглы имеет сходство с бактериальными жгутиками. Более конкретно, основание комплекса иглы структурно очень похоже на основание жгутика; сама игла аналогична крюку жгутика, структуре, соединяющей основание с нитью жгутика. [11] [12]

Основание состоит из нескольких круглых колец и является первой структурой, которая строится в новом комплексе иглы. После того, как основание завершено, оно служит в качестве секреторной машины для внешних белков (иглы). После того, как весь комплекс завершен, система переключается на секрецию белков, которые предназначены для доставки в клетки-хозяева. Предполагается, что игла строится снизу вверх; единицы мономерного белка иглы накладываются друг на друга, так что единица на кончике иглы добавляется последней. Субъединица иглы является одним из самых маленьких белков T3SS, размером около 9 кДа . Каждая игла состоит из 100−150 субъединиц.

Длина иглы T3SS составляет около 60–80 нм , а внешняя ширина — 8 нм. Она должна иметь минимальную длину, чтобы другие внеклеточные бактериальные структуры ( например, адгезины и липополисахаридный слой) не мешали секреции. Диаметр отверстия иглы составляет 3 нм. Большинство сложенных эффекторных белков слишком велики, чтобы пройти через отверстие иглы, поэтому большинство секретируемых белков должны проходить через иглу в развернутом виде , что выполняется АТФазой в основании структуры. [13]

белки T3SS

Схема отдельных подструктур игольчатого комплекса Salmonella typhimurium

Белки T3SS можно разделить на три категории:

  • Структурные белки : строят основание, внутренний стержень и иглу.
  • Эффекторные белки : секретируются в клетку-хозяина и способствуют инфицированию/подавляют защитные функции клетки-хозяина.
  • Шапероны : связывают эффекторы в цитоплазме бактерий, защищают их от агрегации и деградации и направляют их к игольчатому комплексу.

Большинство генов T3SS расположены в оперонах . Эти опероны расположены на бактериальной хромосоме у некоторых видов и на специальной плазмиде у других видов. Например, у Salmonella есть хромосомная область, в которой собрано большинство генов T3SS, так называемый остров патогенности Salmonella ( SPI ). У Shigella , с другой стороны, есть большая плазмида вирулентности, на которой находятся все гены T3SS. Важно отметить, что многие острова патогенности и плазмиды содержат элементы, которые позволяют осуществлять частый горизонтальный перенос генов острова/плазмиды новому виду.

Эффекторные белки, которые должны быть секретированы через иглу, должны быть распознаны системой, поскольку они плавают в цитоплазме вместе с тысячами других белков. Распознавание осуществляется посредством сигнала секреции — короткой последовательности аминокислот, расположенных в начале ( N-конце ) белка (обычно в пределах первых 20 аминокислот), которые комплекс иглы способен распознать. В отличие от других систем секреции, сигнал секреции белков T3SS никогда не отщепляется от белка.

Индукция секреции

Контакт иглы с клеткой-хозяином запускает T3SS для начала секреции; [14] об этом триггерном механизме известно немного (см. ниже). Секреция также может быть вызвана снижением концентрации ионов кальция в питательной среде (для Yersinia и Pseudomonas ; делается путем добавления хелатора, такого как EDTA или EGTA ) и добавлением ароматического красителя Congo red в питательную среду (для Shigella ), например. Эти и другие методы используются в лабораториях для искусственной индукции секреции типа III.

Индукция секреции внешними сигналами, отличными от контакта с клетками хозяина, также происходит in vivo , в инфицированных организмах. Бактерии воспринимают такие сигналы, как температура , pH , осмолярность и уровень кислорода , и используют их, чтобы «решить», активировать ли их T3SS. Например, сальмонелла может лучше размножаться и проникать в подвздошную кишку , чем в слепую кишку кишечника животных . Бактерии способны знать, где они находятся, благодаря различным ионам, присутствующим в этих областях; подвздошная кишка содержит формиат и ацетат , тогда как слепая кишка их не содержит. Бактерии воспринимают эти молекулы, определяют, что они находятся в подвздошной кишке, и активируют свой механизм секреции. Молекулы, присутствующие в слепой кишке, такие как пропионат и бутират , дают отрицательный сигнал бактериям и подавляют секрецию. Холестерин , липид, обнаруженный в большинстве мембран эукариотических клеток, способен вызывать секрецию у шигелл .

Перечисленные выше внешние сигналы регулируют секрецию либо напрямую, либо через генетический механизм. Известно несколько факторов транскрипции , которые регулируют экспрессию генов T3SS. Некоторые из шаперонов, связывающих эффекторы T3SS, также действуют как факторы транскрипции. Был предложен механизм обратной связи: когда бактерия не секретирует, ее эффекторные белки связываются с шаперонами и плавают в цитоплазме. Когда начинается секреция, шапероны отделяются от эффекторов, и последние секретируются и покидают клетку. Затем одинокие шапероны действуют как факторы транскрипции, связываясь с генами, кодирующими их эффекторы, и вызывая их транскрипцию и тем самым производство большего количества эффекторов.

Было предложено использовать структуры, похожие на инъецисомы Type3SS, для соединения внешних и внутренних мембран грамотрицательных бактерий с целью высвобождения везикул внешней мембраны, предназначенных для доставки бактериальных секретов в эукариотические клетки-хозяева или другие клетки-мишени in vivo. [15]

Инфекция, опосредованная T3SS

Эффекторы T3SS входят в игольчатый комплекс у основания и направляются внутрь иглы к клетке-хозяину. Точный способ, которым эффекторы входят в хозяина, в основном неизвестен. Ранее предполагалось, что сама игла способна прокалывать отверстие в мембране клетки-хозяина; эта теория была опровергнута. Теперь ясно, что некоторые эффекторы, совместно называемые транслокаторами , секретируются первыми и создают пору или канал ( транслокон ) в мембране клетки-хозяина, через который могут проникать другие эффекторы. Мутировавшие бактерии, у которых отсутствуют транслокаторы, способны секретировать белки, но не способны доставлять их в клетки-хозяева. В целом каждый T3SS включает три транслокатора. Некоторые транслокаторы выполняют двойную роль: после того, как они участвуют в образовании пор, они проникают в клетку и действуют как настоящие эффекторы.

Эффекторы T3SS манипулируют клетками хозяина несколькими способами. Наиболее поразительным эффектом является содействие поглощению бактерии клеткой хозяина. Многие бактерии, обладающие T3SS, должны проникать в клетки хозяина, чтобы реплицироваться и распространять инфекцию. Эффекторы, которые они вводят в клетку хозяина, побуждают хозяина поглощать бактерию и практически «съедать» ее. Для того чтобы это произошло, бактериальные эффекторы манипулируют механизмом полимеризации актина клетки хозяина. Актин является компонентом цитоскелета , а также участвует в подвижности и в изменении формы клетки. Благодаря своим эффекторам T3SS бактерия может использовать собственный механизм клетки хозяина для своей собственной выгоды. Как только бактерия проникает в клетку, она может легче секретировать другие эффекторы и может проникать в соседние клетки и быстро инфицировать всю ткань .

Также было показано, что эффекторы T3SS вмешиваются в клеточный цикл хозяина , и некоторые из них способны вызывать апоптоз . Одним из наиболее изученных эффекторов T3SS является IpaB из Shigella flexneri . Он выполняет двойную роль: как транслокатор, создавая поры в мембране клетки хозяина, и как эффектор, оказывая множественные пагубные эффекты на клетку хозяина. Было продемонстрировано, что IpaB вызывает апоптоз в макрофагах — клетках иммунной системы животных — после того, как они его поглощают. [16] Позднее было показано, что IpaB достигает этого, взаимодействуя с каспазой 1 , основным регуляторным белком в эукариотических клетках. [17]

Другим хорошо охарактеризованным классом эффекторов T3SS являются эффекторы, подобные активаторам транскрипции ( эффекторы TAL ) из Xanthomonas . При инъекции в растения эти белки могут проникать в ядро ​​растительной клетки, связывать последовательности промотора растения и активировать транскрипцию генов растения, которые помогают при бактериальной инфекции. [18] Недавно было показано, что распознавание ДНК эффектора TAL включает в себя простой код [19] [20] , и это значительно улучшило понимание того, как эти белки могут изменять транскрипцию генов в клетках растения-хозяина.

Нерешенные вопросы

Топология и организация комплекса игл сальмонеллы . [21]

С середины девяностых годов были опубликованы сотни статей о T3SS. Однако многочисленные вопросы, касающиеся системы, остаются нерешенными:

  • Белки T3SS . Из примерно 30 белков T3SS менее 10 в каждом организме были напрямую обнаружены с помощью биохимических методов. Остальные, возможно, редкие, оказались труднообнаружимыми, и они остаются теоретическими (хотя генетические, а не биохимические исследования были проведены для многих генов/белков T3SS). Локализация каждого белка также не полностью известна.
  • Длина иглы . Неизвестно, как бактерия «узнает», когда новая игла достигла своей надлежащей длины. Существует несколько теорий, среди которых существование «белка-правителя», который каким-то образом соединяет кончик и основание иглы. Добавление новых мономеров к кончику иглы должно растянуть белок-правитель и тем самым сигнализировать основанию о длине иглы.
  • Энергетика . Сила, которая управляет прохождением белков внутри иглы, до конца не изучена. АТФаза связана с основанием T3SS и участвует в направлении белков в иглу; но поставляет ли она энергию для транспорта, неясно.
  • Сигнал секреции . Как упоминалось выше, существование сигнала секреции в эффекторных белках известно. Сигнал позволяет системе отличать белки, транспортируемые T3SS, от любого другого белка. Его природа, требования и механизм распознавания плохо изучены, но недавно были разработаны методы прогнозирования того, какие бактериальные белки могут транспортироваться системой секреции типа III. [22]
  • Активация секреции . Бактерия должна знать, когда настало время для секреции эффекторов. Ненужная секреция, когда поблизости нет клетки-хозяина, является расточительной для бактерии с точки зрения энергии и ресурсов. Бактерия каким-то образом способна распознавать контакт иглы с клеткой-хозяином. Как это делается, все еще исследуется, и метод может зависеть от патогена. Некоторые теории постулируют тонкое конформационное изменение в структуре иглы при контакте с клеткой-хозяином; это изменение, возможно, служит сигналом для основания начать секрецию. Один из методов распознавания был обнаружен у сальмонеллы , который основан на определении цитозольного pH клетки-хозяина через кодируемый островом патогенности 2 T3SS для включения секреции эффекторов. [23]
  • Связывание шаперонов . Неизвестно, когда шапероны связывают свои эффекторы (во время или после трансляции ) и как они диссоциируют от своих эффекторов перед секрецией.
  • Механизмы эффекторов . Хотя с начала 21-го века было раскрыто много информации о способах, с помощью которых эффекторы T3SS манипулируют хозяином, большинство эффектов и путей остаются неизвестными.
  • Эволюция . Как уже упоминалось, T3SS тесно связана с бактериальным жгутиком. [24] Существуют три конкурирующие гипотезы: [25] во-первых, что жгутик развился первым, а T3SS произошел от этой структуры, во-вторых, что T3SS развился первым, а жгутик произошел от него, и, в-третьих, что обе структуры произошли от общего предка. Были некоторые разногласия по поводу различных сценариев, [5] [25] поскольку все они объясняют гомологию белков между двумя структурами, а также их функциональное разнообразие. [26] Тем не менее, недавние филогеномные данные подтверждают гипотезу о том, что T3SS произошел от жгутика в результате процесса, включающего первоначальную потерю гена, а затем приобретение гена. [27] Ключевым этапом последнего процесса было привлечение секретинов к T3SS, событие, которое произошло по крайней мере три раза из других систем, связанных с мембраной.

Номенклатура белков T3SS

Жгутик грамотрицательных бактерий. Кольца основания очень похожи на кольца игольчатого комплекса, хотя существование С-кольца в игольчатом комплексе не доказано. Крючок жгутика гомологичен игле T3SS

С начала 1990-х годов новые белки T3SS обнаруживаются в различных видах бактерий с постоянной скоростью. Сокращения давались независимо для каждой серии белков в каждом организме, и названия обычно не раскрывают многого о функции белка. Некоторые белки, обнаруженные независимо в различных бактериях, позже оказались гомологичными ; однако исторические названия в основном были сохранены, что может вызвать путаницу. Например, белки SicA, IpgC и SycD являются гомологами из Salmonella , Shigella и Yersinia соответственно, но последняя буква («порядковый номер») в их названии этого не показывает.

Ниже приведено резюме наиболее распространенных названий серий белков в нескольких видах, содержащих T3SS. Обратите внимание, что эти названия включают белки, которые формируют аппарат T3SS, а также секретируемые эффекторные белки :

  • Иерсинии
    • Yop : внешний белок Yersinia
    • Ysc : секреция иерсиний (компонент)
    • Ypk : протеинкиназа иерсиний
  • Сальмонелла
    • Спа : Поверхностное представление антигена
    • Sic : Шаперон вторжения сальмонеллы
    • Sip : белок заражения сальмонеллой
    • Prg : ген, подавленный PhoP
    • Инв .: Вторжение
    • Org : Ген, регулируемый кислородом
    • Ssp : белок, секретируемый сальмонеллами
    • Iag : Ген, ассоциированный с вторжением
  • Шигеллы
    • Ipg : Ген плазмиды вторжения
    • Ipa : инвазивный плазмидный антиген
    • Mxi : Мембранная экспрессия Ipa
    • Спа : Поверхностное представление антигена
    • Osp : Внешний белок шигеллы
  • Эшерихии
    • Tir : транслоцированный рецептор интимина
    • Сен : Секреция белков E. coli
    • Esc : секреция эшерихий (компонент)
    • Esp : белок секреции эшерихий
    • Ces : Шаперон секреции E. coli
  • Псевдомонады
    • Hrp : Гиперчувствительная реакция и патогенность
    • Hrc : Сохраняется гиперчувствительная реакция (или сохраняется Hrp)
  • Ризобиум
    • Nop : Белок клубенькового образования
    • Rhc : Rhizobium сохранен
  • У нескольких видов:
    • Вир : Вирулентность
  • «Протохламидия амебофила»
  • "Sodalis glossinidius" [28]

После этих сокращений следует буква или число. Буквы обычно обозначают «порядковый номер», либо хронологический порядок открытия, либо физический порядок появления гена в опероне . Числа, что встречается реже, обозначают молекулярную массу белка в кДа . Примеры: IpaA, IpaB, IpaC; MxiH, MxiG, MxiM; Spa9, Spa47.

Несколько ключевых элементов присутствуют во всех T3SS: мономер иглы, внутренний стержень иглы, кольцевые белки, два транслокатора, белок кончика иглы, белок линейки (который, как полагают, определяет длину иглы; см. выше) и АТФаза , которая поставляет энергию для секреции. В следующей таблице показаны некоторые из этих ключевых белков в четырех бактериях, содержащих T3SS:

↓ Функция / Род →ШигеллыСальмонеллаИерсинииЭшерихии
Игольчатый мономерMxiHПргIYscFEscF
Внутренний стерженьMxiIPrgJYscIEscI
Белок кончика иглыiPadSipDLcrVEspA
ТранслокаторIpaBСипБЙопБEspD
ТранслокаторIpaCSipCЙопДEspB
Сопровождающий для двух транслокаторовIpgCSicASycDCesD
АТФазаСпа47ИнвКYscNSepB (EscN)
Белок-линейкаСпа32ИнвДжYscPОрф16
ВыключательСпа40СпаСЕГСУEscU
ПривратникMxiCИнвЭЙопН (TyeA)SepL

Методы, используемые в исследовании T3SS

Изоляция игольчатых комплексов T3SS

Изоляция крупных, хрупких, гидрофобных мембранных структур из клеток представляла собой проблему на протяжении многих лет. Однако к концу 1990-х годов было разработано несколько подходов для изоляции T3SS NC. В 1998 году первые NC были выделены из Salmonella typhimurium . [29]

Для выделения бактерии выращивают в большом объеме жидкой питательной среды до тех пор, пока они не достигнут логарифмической фазы . Затем их центрифугируют ; супернатант (среду) отбрасывают, а осадок (бактерии) ресуспендируют в буфере лизиса, обычно содержащем лизоцим и иногда детергент, такой как LDAO или Triton X-100 . Этот буфер разрушает клеточную стенку . После нескольких циклов лизиса и промывки открытые бактерии подвергают серии ультрацентрифугирований . Эта обработка обогащает крупные макромолекулярные структуры и отбрасывает более мелкие компоненты клеток. При желании конечный лизат подвергают дальнейшей очистке с помощью градиента плотности CsCl .

Дополнительный подход для дальнейшей очистки использует аффинную хроматографию . Рекомбинантные белки T3SS, которые несут белковую метку ( например, гистидиновую метку ), производятся путем молекулярного клонирования , а затем вводятся ( трансформируются ) в исследуемые бактерии. После первоначальной изоляции NC, как описано выше, лизат пропускают через колонку, покрытую частицами с высоким сродством к метке (в случае гистидиновых меток: ионами никеля ). Меченый белок удерживается в колонке, а вместе с ним и весь комплекс игл. С помощью таких методов можно достичь высокой степени чистоты. Эта чистота имеет важное значение для многих деликатных анализов, которые использовались для характеристики NC.

Эффекторы типа III были известны с начала 1990-х годов, но способ, которым они доставляются в клетки-хозяева, был полной загадкой. Гомология между многими жгутиковыми и T3SS белками привела исследователей к подозрениям о существовании внешней структуры T3SS, похожей на жгутики. Идентификация и последующее выделение игольчатой ​​структуры позволили исследователям:

  • подробно охарактеризовать трехмерную структуру НК и на ее основе сделать выводы о механизме секреции (например, что узкая ширина иглы требует развертывания эффекторов перед секрецией),
  • анализ белковых компонентов НК путем проведения протеомного анализа изолированных игл (см. ниже),
  • назначить роли различным компонентам NC, для чего необходимо отключить гены T3SS, изолировать NC от мутировавших бактерий и изучить изменения, вызванные мутациями.

Микроскопия, кристаллография и ЯМР твердого тела

Как и в случае почти всех белков, визуализация NC T3SS возможна только с помощью электронной микроскопии . Первые изображения NC (1998) показали игольчатые структуры, выступающие из клеточной стенки живых бактерий, и плоские двумерные изолированные NC. [29] В 2001 году изображения NC из Shigella flexneri были проанализированы в цифровом виде и усреднены для получения первой полу-3D структуры NC. [8] Спиральная структура NC из Shigella flexneri была разрешена с разрешением 16 Å с помощью рентгеновской волоконной дифракции в 2003 году, [30] а год спустя была опубликована 17 -Å 3D структура NC из Salmonella typhimurium . [31] Последние достижения и подходы позволили получить 3D изображения NC с высоким разрешением, [32] [33] еще больше проясняя сложную структуру NC.

За эти годы были кристаллизованы многочисленные белки T3SS. Они включают структурные белки NC, эффекторы и шапероны. Первой структурой мономера игольчатого комплекса была ЯМР-структура BsaL из "Burkholderia pseudomallei", а позднее кристаллическая структура MixH из Shigella flexneri , обе из которых были разрешены в 2006 году. [34] [35]

В 2012 году сочетание рекомбинантного производства игл дикого типа, твердотельного ЯМР , электронной микроскопии [36] и моделирования Rosetta выявило надмолекулярные интерфейсы и в конечном итоге полную атомную структуру иглы Salmonella typhimurium T3SS. [37] Было показано, что субъединицы PrgI из 80 остатков образуют правостороннюю спиральную сборку примерно с 11 субъединицами на два оборота, аналогичную сборке жгутика Salmonella typhimurium . Модель также выявила расширенный аминоконцевой домен, который расположен на поверхности иглы, в то время как высококонсервативный карбоксильный конец направлен в сторону просвета. [37]

Протеомика

Для идентификации массива белков, входящих в состав T3SS, было использовано несколько методов. Изолированные игольчатые комплексы можно разделить с помощью SDS-PAGE . Полосы, появляющиеся после окрашивания, можно по отдельности вырезать из геля и проанализировать с помощью секвенирования белков и масс-спектрометрии . Структурные компоненты NC можно отделить друг от друга (например, игольчатую часть от базовой части), и, анализируя эти фракции, можно вывести белки, участвующие в каждой из них. В качестве альтернативы изолированные NC можно напрямую проанализировать с помощью масс-спектрометрии, без предварительного электрофореза , чтобы получить полную картину протеома NC .

Генетические и функциональные исследования

T3SS во многих бактериях подвергался манипуляциям со стороны исследователей. Наблюдение за влиянием отдельных манипуляций может быть использовано для получения информации о роли каждого компонента системы. Примеры манипуляций:

  • Удаление одного или нескольких генов T3SS ( нокаут гена ).
  • Повышенная экспрессия одного или нескольких генов T3SS (другими словами: продукция in vivo белка T3SS в количествах, превышающих обычные).
  • Точечные или региональные изменения в генах или белках T3SS. Это делается для того, чтобы определить функцию определенных аминокислот или областей в белке.
  • Введение гена или белка из одного вида бактерий в другой (анализ перекрестной комплементарности). Это делается для проверки различий и сходств между двумя T3SS.

Манипуляция компонентами T3SS может оказывать влияние на несколько аспектов бактериальной функции и патогенности. Примеры возможных влияний:

  • Способность бактерий проникать в клетки хозяина, в случае внутриклеточных патогенов. Это можно измерить с помощью анализа вторжения ( анализ защиты от гентамицина ).
  • Способность внутриклеточных бактерий мигрировать между клетками-хозяевами.
  • Способность бактерий убивать клетки-хозяева. Это можно измерить несколькими методами, например, с помощью анализа высвобождения ЛДГ , в котором фермент ЛДГ, который выделяется из мертвых клеток, идентифицируется путем измерения его ферментативной активности.
  • Способность T3SS секретировать определенный белок или секретировать вообще. Чтобы это проанализировать, секреция индуцируется у бактерий, растущих в жидкой среде. Затем бактерии и среда разделяются центрифугированием, а фракция среды (супернатант) затем анализируется на наличие секретируемых белков. Чтобы предотвратить секрецию обычно секретируемого белка, к нему можно искусственно прикрепить большую молекулу. Если тогда несекретируемый белок остается «застрявшим» на дне игольчатого комплекса, секреция эффективно блокируется.
  • Способность бактерий собирать целый комплекс игл. NCs можно выделить из обработанных бактерий и исследовать под микроскопом. Однако незначительные изменения не всегда можно обнаружить с помощью микроскопии.
  • Способность бактерий заражать живых животных или растения. Даже если in vitro показано, что обработанные бактерии способны заражать клетки-хозяева, их способность поддерживать инфекцию в живом организме нельзя считать само собой разумеющейся.
  • Уровни экспрессии других генов. Это можно проанализировать несколькими способами, в частности, с помощью нозерн-блоттинга и ОТ-ПЦР . Уровни экспрессии всего генома можно проанализировать с помощью микрочипа . С помощью этих методов были обнаружены многие факторы транскрипции типа III и регуляторные сети.
  • Рост и приспособленность бактерий.

Ингибиторы T3SS

Было обнаружено несколько соединений, которые ингибируют T3SS у грамотрицательных бактерий , включая гуадинамины , которые естественным образом вырабатываются видами Streptomyces . [38] Были разработаны моноклональные антитела , которые также ингибируют T3SS. [39] Было показано, что Aurodox , антибиотик, способный ингибировать трансляцию белков T3SS, способен предотвращать эффекторы T3SS in vitro и в животных моделях [40] [41]

Инструменты прогнозирования сигнального пептида типа III

  • ЭффективныйT3

Ссылки

  1. ^ Лара-Техеро М, Галан Дж. Э. (март 2019 г.). «Инъектисома — сложная наномашина для инъекций белка в клетки млекопитающих». EcoSal Plus . 8 (2). doi : 10.1128/ecosalplus.ESP-0039-2018. PMC  6450406. PMID  30942149 .
  2. ^ McHugh RE, O'Boyle N, Connolly JP, Hoskisson PA, Roe AJ (февраль 2019 г.). «Характеристика способа действия Aurodox, ингибитора системы секреции типа III из Streptomyces goldiniensis». Инфекция и иммунитет . 87 (2): e00595–18. doi :10.1128/IAI.00595-18. PMC 6346137. PMID  30455200 . 
  3. ^ Halte M, Erhardt M (январь 2021 г.). «Экспорт белка через систему секреции типа III бактериального жгутика». Biomolecules . 11 (2): 186. doi : 10.3390/biom11020186 . PMC 7911332 . PMID  33572887. 
  4. ^ Salmond GP, Reeves PJ (январь 1993). «Мембранные транспортные надзиратели и секреция белка у грамотрицательных бактерий». Trends in Biochemical Sciences . 18 (1): 7– 12. doi :10.1016/0968-0004(93)90080-7. PMID  8438237.
  5. ^ ab Gophna U, Ron EZ, Graur D (июль 2003 г.). «Бактериальные системы секреции III типа являются древними и эволюционировали в результате множественных событий горизонтального переноса». Gene . 312 : 151– 163. doi :10.1016/S0378-1119(03)00612-7. PMID  12909351.
  6. ^ Nguyen L, Paulsen IT, Tchieu J, Hueck CJ, Saier MH (апрель 2000 г.). «Филогенетический анализ компонентов систем секреции белков типа III». Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 2 (2): 125–144 . PMID  10939240.
  7. ^ Gong H, Vu GP, Bai Y, Yang E, Liu F, Lu S (январь 2010 г.). «Дифференциальная экспрессия факторов системы секреции сальмонелл III типа InvJ, PrgJ, SipC, SipD, SopA и SopB в культурах и у мышей». Микробиология . 156 (Pt 1): 116–127 . doi : 10.1099/mic.0.032318-0 . PMC 2889428. PMID  19762438 . 
  8. ^ ab Blocker A, Jouihri N, Larquet E, Gounon P, Ebel F, Parsot C, et al. (Февраль 2001). "Структура и состав "игольчатого комплекса" Shigella flexneri, часть его секрета III типа". Молекулярная микробиология . 39 (3): 652– 663. doi : 10.1046/j.1365-2958.2001.02200.x . PMID  11169106.
  9. ^ Galán JE, Wolf-Watz H (ноябрь 2006 г.). «Доставка белков в эукариотические клетки с помощью секреторных машин типа III». Nature . 444 (7119): 567– 573. Bibcode :2006Natur.444..567G. doi :10.1038/nature05272. PMID  17136086. S2CID  4411244.
  10. ^ Pallen MJ, Bailey CM, Beatson SA (апрель 2006 г.). «Эволюционные связи между FliH/YscL-подобными белками из бактериальных систем секреции типа III и компонентами второго стебля FoF1 и вакуолярных АТФаз». Protein Science . 15 (4): 935–941 . doi :10.1110/ps.051958806. PMC 2242474 . PMID  16522800. 
  11. ^ Aizawa SI (август 2001). «Бактериальные жгутики и системы секреции типа III». FEMS Microbiology Letters . 202 (2): 157– 164. doi : 10.1111/j.1574-6968.2001.tb10797.x . PMID  11520608.
  12. ^ Дулиттл У. Ф., Жаксыбаева О. (июль 2007 г.). «Эволюция: редуцируемая сложность — аргумент в пользу бактериальных жгутиков». Current Biology . 17 (13): R510 – R512 . Bibcode : 2007CBio...17.R510D. doi : 10.1016/j.cub.2007.05.003 . PMID  17610831. S2CID  17452659.
  13. ^ Akeda Y, Galán JE (октябрь 2005 г.). «Высвобождение шаперона и разворачивание субстратов при секреции типа III». Nature . 437 (7060): 911– 915. Bibcode :2005Natur.437..911A. doi :10.1038/nature03992. PMID  16208377. S2CID  4355750.
  14. ^ Kimbrough TG, Miller SI (сентябрь 2000 г.). «Вклад компонентов секреции Salmonella typhimurium типа III в формирование комплекса игл». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (20): 11008– 11013. Bibcode : 2000PNAS ...9711008K. doi : 10.1073/pnas.200209497 . PMC 27139. PMID  10984518. 
  15. ^ YashRoy RC (2003). «Интоксикация эукариотических клеток грамотрицательными патогенами: новая модель экзоцитоза нановезикулярных клеток, связанных с внешней мембраной, для системы секреции типа III». Toxicology International . 10 (1): 1–9 .
  16. ^ Zychlinsky A, Kenny B, Ménard R, Prévost MC, Holland IB, Sansonetti PJ (февраль 1994). "IpaB опосредует апоптоз макрофагов, вызванный Shigella flexneri". Молекулярная микробиология . 11 (4): 619– 627. doi :10.1111/j.1365-2958.1994.tb00341.x. PMID  8196540. S2CID  40167923.
  17. ^ Hilbi H, Moss JE, Hersh D, Chen Y, Arondel J, Banerjee S, et al. (декабрь 1998 г.). «Апоптоз, вызванный Shigella, зависит от каспазы-1, которая связывается с IpaB». Журнал биологической химии . 273 (49): 32895– 32900. doi : 10.1074/jbc.273.49.32895 . PMID  9830039.
  18. ^ Бох Дж., Бонас У. (2010). «Эффекторы семейства Xanthomonas AvrBs3 III типа: открытие и функция». Ежегодный обзор фитопатологии . 48 : 419– 436. doi : 10.1146/annurev-phyto-080508-081936. PMID  19400638.
  19. ^ Moscou MJ, Bogdanove AJ (декабрь 2009 г.). «Простой шифр управляет распознаванием ДНК эффекторами TAL». Science . 326 (5959): 1501. Bibcode :2009Sci...326.1501M. doi :10.1126/science.1178817. PMID  19933106. S2CID  6648530.
  20. ^ Boch J, Scholze H, Schornack S, Landgraf A, Hahn S, Kay S и др. (декабрь 2009 г.). «Breaking the code of DNA binding specity of TAL-type III effectors». Science . 326 (5959): 1509– 1512. Bibcode :2009Sci...326.1509B. doi :10.1126/science.1178811. PMID  19933107. S2CID  206522347.
  21. ^ Schraidt O, Lefebre MD, Brunner MJ, Schmied WH, Schmidt A, Radics J, et al. (апрель 2010 г.). Stebbins CE (ред.). «Топология и организация компонентов комплекса иглы секреции Salmonella typhimurium типа III». PLOS Pathogens . 6 (4): e1000824. doi : 10.1371/journal.ppat.1000824 . PMC 2848554. PMID  20368966 . 
  22. ^ Гринберг М., Годзик А. (апрель 2009 г.). Стеббинс CE (ред.). «Сигнал для сигнализации, найден». PLOS Pathogens . 5 (4): e1000398. doi : 10.1371/journal.ppat.1000398 . PMC 2668190. PMID  19390616 . 
  23. ^ Yu XJ, McGourty K, Liu M, Unsworth KE, Holden DW (май 2010 г.). «pH-сенсорика внутриклеточной сальмонеллой индуцирует эффекторную транслокацию». Science . 328 (5981): 1040– 1043. Bibcode :2010Sci...328.1040Y. doi :10.1126/science.1189000. hdl :10044/1/19679. PMC 6485629 . PMID  20395475. 
  24. ^ Medini D, Covacci A, Donati C (декабрь 2006 г.). "Семейства сетей гомологии белков выявляют пошаговую диверсификацию систем секреции типа III и типа IV". PLOS Computational Biology . 2 (12): e173. Bibcode : 2006PLSCB...2..173M. doi : 10.1371/journal.pcbi.0020173 . PMC 1676029. PMID  17140285 . 
  25. ^ ab Saier MH (март 2004 г.). «Эволюция систем секреции белков бактериального типа III». Trends in Microbiology . 12 (3): 113– 115. doi :10.1016/j.tim.2004.01.003. PMID  15001186.
  26. ^ McCann HC, Guttman DS (2008). «Эволюция системы секреции типа III и ее эффекторов во взаимодействиях растений и микробов». The New Phytologist . 177 (1): 33–47 . doi : 10.1111/j.1469-8137.2007.02293.x . PMID  18078471.
  27. ^ Эбби СС, Роча ЭП (сентябрь 2012 г.). «Система секреции нежгутикового типа III произошла от бактериального жгутика и диверсифицировалась в системы, адаптированные к клетке-хозяину». PLOS Genetics . 8 (9): e1002983. doi : 10.1371/journal.pgen.1002983 . PMC 3459982 . PMID  23028376. 
  28. ^ Moran NA (февраль 2001 г.). «Бактериальные зверинцы внутри насекомых». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (4): 1338– 1340. Bibcode :2001PNAS...98.1338M. doi : 10.1073/pnas.98.4.1338 . PMC 33380 . PMID  11171951. 
  29. ^ ab Кубори Т., Мацусима Ю., Накамура Д., Уралил Дж., Лара-Техеро М., Сухан А. и др. (апрель 1998 г.). «Супрамолекулярная структура системы секреции белка Salmonella typhimurium типа III». Наука . 280 (5363): 602–605 . Бибкод : 1998Sci...280..602K. дои : 10.1126/science.280.5363.602. ПМИД  9554854.
  30. ^ Cordes FS, Komoriya K, Larquet E, Yang S, Egelman EH, Blocker A, Lea SM (май 2003 г.). «Спиральная структура иглы системы секреции III типа Shigella flexneri». Журнал биологической химии . 278 (19): 17103– 17107. doi : 10.1074/jbc.M300091200 . PMID  12571230.
  31. ^ Marlovits TC, Kubori T, Sukhan A, Thomas DR, Galán JE, Unger VM (ноябрь 2004 г.). «Структурное понимание сборки комплекса секреции иглы типа III». Science . 306 (5698): 1040– 1042. Bibcode :2004Sci...306.1040M. doi :10.1126/science.1102610. PMC 1459965 . PMID  15528446. 
  32. ^ Сани М., Аллауи А., Фузетти Ф., Остергетель Г.Т., Кигстра В., Букема Э.Дж. (2007). «Структурная организация игольчатого комплекса секреторного аппарата III типа Shigella flexneri» (PDF) . Микрон . 38 (3): 291–301 . doi :10.1016/j.micron.2006.04.007. hdl : 11370/9ee8c380-a931-4313-89cf-d9faa49cdf3b . ПМИД  16920362.
  33. ^ Hodgkinson JL, Horsley A, Stabat D, Simon M, Johnson S, da Fonseca PC и др. (май 2009 г.). «Трехмерная реконструкция трансмембранных областей Shigella T3SS выявляет 12-кратную симметрию и новые особенности на всем протяжении». Nature Structural & Molecular Biology . 16 (5): 477– 485. doi :10.1038/nsmb.1599. PMC 2681179 . PMID  19396171. 
  34. ^ Zhang L, Wang Y, Picking WL, Picking WD, De Guzman RN (июнь 2006 г.). «Структура раствора мономерного BsaL, белка секреции иглы типа III Burkholderia pseudomallei». Журнал молекулярной биологии . 359 (2): 322– 330. doi :10.1016/j.jmb.2006.03.028. PMID  16631790.
  35. ^ Deane JE, Roversi P, Cordes FS, Johnson S, Kenjale R, Daniell S и др. (август 2006 г.). «Молекулярная модель иглы системы секреции III типа: значение для восприятия клетки-хозяина». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (33): 12529– 12533. Bibcode : 2006PNAS..10312529D. doi : 10.1073/pnas.0602689103 . PMC 1567912. PMID  16888041 . 
  36. ^ Галкин VE, Шмид WH, Шрайдт O, Марловиц TC, Эгельман EH (март 2010). «Структура иглы системы секреции Salmonella typhimurium типа III показывает расхождение с системой жгутиков». Журнал молекулярной биологии . 396 (5): 1392– 1397. doi :10.1016/j.jmb.2010.01.001. PMC 2823972. PMID  20060835 . 
  37. ^ ab Loquet A, Сгуракис Н.Г., Гупта Р., Гиллер К., Ридель Д., Гусманн С. и др. (май 2012 г.). «Атомная модель иглы системы секреции типа III». Природа . 486 (7402): 276–279 . Бибкод : 2012Natur.486..276L. дои : 10.1038/nature11079. ПМЦ 3598588 . ПМИД  22699623. 
  38. ^ Holmes TC, May AE, Zaleta-Rivera K, Ruby JG, Skewes-Cox P, Fischbach MA и др. (октябрь 2012 г.). «Молекулярные исследования биосинтеза гуадиномина: ингибитора системы секреции III типа». Журнал Американского химического общества . 134 (42): 17797– 17806. doi :10.1021/ja308622d. PMC 3483642. PMID  23030602 . 
  39. ^ Theuretzbacher U, Piddock LJ (июль 2019 г.). «Нетрадиционные антибактериальные терапевтические возможности и проблемы». Cell Host & Microbe . 26 (1): 61– 72. doi : 10.1016/j.chom.2019.06.004 . PMID  31295426.
  40. ^ Pylkkö T, Ilina P, Tammela P (май 2021 г.). «Разработка и валидация высококонтентного скринингового анализа на ингибиторы адгезии энтеропатогенной E. coli». Журнал микробиологических методов . 184 : 106201. doi : 10.1016/j.mimet.2021.106201 . PMID  33713725.
  41. ^ Кимура К, Иватсуки М, Нагаи Т, Мацумото А, Такахаши Й, Шиоми К и др. (Февраль 2011 г.). «Низкомолекулярный ингибитор системы секреции бактериального типа III защищает от заражения Citrobacter rodentium in vivo». Журнал антибиотиков . 64 (2): 197–203 . doi : 10.1038/ja.2010.155 . PMID  21139624.

Дальнейшее чтение

  • Мгновенное представление химии инъекциосомы от Королевского химического общества
  • Взаимодействие хозяина и патогена у Pseudomonas syringae pv. томатов и томатных растений, приводящее к бактериальной пятнистости.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Система_секретации_Типа_III&oldid=1262013603"