Процесс мембранной транслокации, выявленный in situ структурами секретинов системы секреции II типа

Nature Communications, том 14, номер статьи: 4025 (2023) Цитировать эту статью

1270 Доступов

7 Альтметрика

Подробности о метриках

Авторская поправка к этой статье опубликована 10 августа 2023 г.

Эта статья обновлена

Секретин GspD представляет собой канал внешней мембраны бактериальной системы секреции типа II (T2SS), которая секретирует различные токсины, вызывающие тяжелые заболевания, такие как диарея и холера. GspD необходимо переместиться из внутренней мембраны во внешнюю, чтобы выполнить свою функцию, и этот процесс является важным шагом для сборки T2SS. Здесь мы исследуем два типа секретинов, обнаруженных к настоящему времени в Escherichia coli: GspDα и GspDβ. Путем усреднения субтомограмм электронной криотомографии мы определяем in situ структуры ключевых промежуточных состояний GspDα и GspDβ в процессе транслокации с разрешением от 9 Å до 19 Å. Наши результаты показали, что GspDα и GspDβ представляют совершенно разные модели мембранного взаимодействия и способы перехода через слой пептидогликана. Исходя из этого, мы выдвигаем гипотезу о двух различных моделях мембранной транслокации GspDα и GspDβ, что дает всестороннее представление о биогенезе секретинов ССТТ из внутренней во внешнюю мембрану.

Системы секреции, представляющие собой белковые комплексы, расположенные в оболочках бактериальных клеток, используются бактериями для производства субстратов, связанных с вирулентностью, которые способствуют выживанию и патогенности1. Среди систем секреции система секреции типа II (T2SS) широко присутствует и функциональна у видов протеобактерий, включая непатогенные Escherichia coli (E. coli), энтеротоксигенную E. coli (ETEC), энтеропатогенную E. coli (EPEC), вибрионы. cholerae, Klebsiella pneumoniae и Aeromonas Hydrophila2. Субстраты T2SS у непатогенных бактерий могут способствовать поглощению питательных веществ из окружающей среды или симбиозу с растениями или животными, тогда как у патогенных бактерий субстраты T2SS могут способствовать адгезии к хозяину, отравлять клетки-хозяева и подавлять иммунитет хозяина, вызывая различные заболевания3. Учитывая разнообразные субстратные функции ССТ2 и его тесную связь с вирулентностью и болезнями, знание его структуры и механизма работы необходимо для понимания функций бактерий и разработки антимикробных стратегий.

Компонентом внешней мембраны ССТ2 является секретин, представляющий собой большую канальную структуру, соединяющуюся с белковым каркасом на внутренней мембране и контролирующий последний этап транспортировки субстрата2. Филогенетический анализ секретинов ССТТ из видов Proteobacteria выявил два типа: секретины типа Klebsiella, обнаруженные у Klebsiella и Dickeya; и секретины типа Vibrio, обнаруженные в Vibrio, ETEC и EPEC4. Структуры двух типов секретина выглядят как цилиндрические каналы, содержащие домены N0-N3, домен секретина с центральной областью ворот и домен S5,6,7,8,9,10. Но в трансмембранной области они различны: секретины типа Vibrio имеют около 20 дополнительных аминокислот между спиралями α7 и α8, образуя петлю, идущую вверх и внутрь к центральной оси канала наподобие крыши, образуя ворота колпачка, в то время как секретины типа Klebsiella не имеют кэп-ворота5,6,7,8,9,10. Это непосредственно вызывает различия в высоте предполагаемых трансмембранных областей двух типов секретина, что может давать им разные способы взаимодействия с мембраной. Структура T2SS in situ была визуализирована у Legionella pneumophila, что указывает на архитектуру T2SS и мембранное взаимодействие секретина11. Однако разрешение ограничено несколькими нанометрами, что затрудняет наблюдение большего количества деталей структуры. Изучение структур секретинов in situ с высоким разрешением могло бы выявить возможные биологические процессы, происходящие в клеточной среде, и предложить более полное понимание процесса и механизмов их сборки. Эту среду невозможно точно смоделировать in vitro, и она может оказывать существенное влияние на поведение секретина.