Система секреции типа II - Type II secretion system

Система секреции типа II
Идентификаторы
СимволСистема секреции типа II
PfamPF00263
TCDB3.A.5
OPM суперсемейство348
Белок OPM5wln
Мембранома430

Система секреции 2-го типа (часто называемый система секреции типа II или T2SS) это белок секреция машины, найденные в различных видах Грамотрицательные бактерии, включая различные человеческие патогены такие как Синегнойная палочка и Холерный вибрион.[1] Система секреции типа II - одна из шести белковых секреторных систем, которые обычно встречаются у грамотрицательных бактерий наряду с система секреции I типа, то система секреции типа III, The система секреции типа IV, то путь шаперона / помощника, то путь аутотранспортера / система секреции типа V и система секреции типа VI (некоторые бактерии также используют система секреции VII типа ).[2] Подобно этим другим системам, система секреции типа II обеспечивает транспорт цитоплазматических белков через липидные бислои которые составляют клеточные мембраны грамотрицательных бактерий.

Обзор

Система секреции типа II представляет собой мембранно-связанный белок. сложный обнаруженный в грамотрицательных бактериях, который используется для секреции белков, обнаруженных в цитоплазма бактерий в внеклеточное пространство вне клетки. Система секреции типа II - это лишь одна из многих секреторных систем, обнаруженных у грамотрицательных бактерий, и она используется для секреции множества различных белков, в том числе бактериальные токсины и разрушающие 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 определенными бактериальные инфекции.[3] Каждая бактериальная клетка будет содержать ряд систем секреции типа II, и они найдены встроенными в внутренний и внешние мембраны ячейки.

Наряду с другими секреторными системами, такими как путь шаперона / ашера и система секреции типа IV, секреция через систему секреции типа II представляет собой двухэтапный процесс. Первый шаг включает Сек и Tat секреторные пути, которые отвечают за транспортировку белков через внутреннюю мембрану в периплазма.[4] Например, путь Sec используется для транспортировки структурных компонентов системы секреции типа II в периплазму, где они затем могут собираться, в то время как пути Sec и Tat используются для транспортировки секреторных белков в периплазму. Когда эти секреторные белки оказываются в периплазме, может происходить второй этап, и они выделяются из клетки через систему секреции типа II.

Структура

T2SS.svg

В целом система секреции типа II представляет собой большой мультипротеиновый механизм, состоящий из ряда отдельных белков. подразделения известные как общие секреторные белки (GSP).[5] В гены кодирующие эти GSP обычно находятся вместе в геном в единственном оперон и многие из этих генов перекрываются. Каждый ген назван буквой, соответствующей GSP, который он кодирует (например, ген gspD кодирует GspD), и исследования показывают, что от 12 до 15 из этих генов имеют важное значение для функции системы секреции типа II.[6] GSP распространены среди ряда различных бактериальных виды и когда они собираются вместе, они образуют комплекс, который структурно очень похож на пили IV типа, придаток, который также часто встречается у грамотрицательных бактерий.[7] В целом систему секреции типа II можно разделить на четыре основных компонента. Это комплекс наружной мембраны, комплекс внутренней мембраны, секрет АТФаза и псевдопилус.

Внешний мембранный комплекс

Комплекс внешней мембраны состоит в основном из секретина GspD.[8] Секретины β-стволы которые находятся в мембране, где образуют каналы, позволяющие веществам перемещаться в клетки и из них.[9] В системе секреции типа II GspD создает поры во внешней мембране бактериальной клетки, через которые могут секретироваться белки. В результате GspD необходим для правильной работы системы, поскольку без него секреторные белки не могут выйти из клетки. GspD транспортируется в периплазму через транслокон Sec, а затем вставляется во внешнюю мембрану. Однако это введение не является спонтанным и часто зависит от оборудование для сборки β-цилиндров который обеспечивает правильную складку β-стволовых белков перед их вставкой в ​​мембрану.[10]

GspD часто связывают с липопротеин GspS. GspS также транспортируется в периплазму с помощью механизма транслокации Sec, после чего он вставляется в периплазму. внутренний слой внешней мембраны, где он остается тесно связанным с GspD. Считается, что GspS играет важную роль в стабилизации секретина GspD и помогает предотвратить его разрушение в присутствии высокодеградационных периплазматических ферменты.[8]

Внутренний мембранный комплекс

Комплекс внутренней мембраны состоит из нескольких различных белков Gsp, встроенных во внутреннюю мембрану. Подобно секретину GspD внешней мембраны, эти белки транспортируются в периплазму посредством пути транслокации Sec, прежде чем они будут вставлены во внутреннюю мембрану. Четыре разных белка составляют комплекс внутренней мембраны; это GspC, GspF, GspL и GspM.[5]

Каждая из этих отдельных субъединиц играет немного иную роль. Например, было показано, что GspC взаимодействует с GspD. Это взаимодействие помогает блокировать систему секреции типа II, и только когда эти ворота открыты, секреторные белки могут проникать в систему и выталкиваться из клетки. Важно отметить, что связанные вместе GspC, GspL и GspM помогают защищать друг друга от протеолитических ферментов, которые в противном случае разрушили бы их. В отличие от других белков, составляющих комплекс внутренней мембраны, GspF представляет собой многопроходный трансмембранный белок и он может играть роль в связывании секретируемой АТФазы. Однако известно, что GspL формирует тесные взаимодействия с секретируемой АТФазой, и они необходимы для удержания его в тесной связи с остальной частью комплекса внутренней мембраны.[11]

Секреция АТФазы

Секретируемая АТФаза, GspE, представляет собой АТФазу, которая, как обнаружено, тесно связана с комплексом внутренней мембраны на цитоплазматической стороне внутренней мембраны.[12] GspE принадлежит к семейству АТФаз секреции типа II / типа IV. АТФазы, принадлежащие к этому семейству, имеют отчетливую гексамерная структура. Каждая индивидуальная субъединица гексамера имеет 3 основных домены. Это 2 отдельные N-концевой домены, называемые N1D и N2D, которые разделены короткой линкерной областью и одним C-терминал домен называется CTD. CTD, в свою очередь, состоит из 3 субдоменов, один из которых является нуклеотид связывающий домен. Именно этот нуклеотид-связывающий домен, который присутствует в каждой из 6 субъединиц гексамера, отвечает за связывание АТФ. Два других домена, которые составляют CTD, четырехспиральный домен и домен связывания металла, затем помогают катализировать то гидролиз связанного АТФ.[12] Этот гидролиз АТФ используется для сборки и разборки псевдопиллуса, который управляет секрецией через систему секреции типа II. В результате система не может работать без GspE. N-концевые домены N1D и N2D образуют взаимодействия с комплексом внутренней мембраны, которые помогают поддерживать АТФазу секреции в тесной связи 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 комплекса внутренней мембраны GspL.

Псевдопилус

Псевдопилус обнаруживается в периплазме, но не распространяется через секретин GspD во внеклеточную среду. Свое название он получил из-за того, что состоит из ряда пилин такие как белки или псевдопилины, известные как GspG, GspH, GspI, GspJ и GspK.[3] Они известны как псевдопилины из-за их сходства с пилинами (такими как PilA), которые составляют пили типа IV, обнаруженные у грамотрицательных бактерий. Как и их аналоги, псевдопилины изначально производятся в незрелой форме. Эти пре-псевдопилины состоят из N-концевого сигнальная последовательность который нацеливает белки на транслокон Sec и длинный C-концевой домен-пассажир, который кодирует сам белок псевдопилин. После того, как механизм Sec перенес пре-псевдопилин через внутреннюю мембрану, но до того, как сам белок высвободится в периплазму, N-концевая сигнальная последовательность расщепляется на консервированный участок положительно заряженный аминокислота остатки. Это расщепление катализируется сигнальная пептидаза GspO и конечный результат - удаление N-концевой сигнальной последовательности и образование зрелого псевдопилина.[5] GspO вставлен во внутреннюю мембрану и часто тесно связан с механизмом системы секреции типа II. Зрелые пилины и псевдопилины имеют структуру в форме леденца на палочке, состоящую из длинных гидрофобный хвост и шаровидный гидрофильный головной домен. Оказавшись в периплазме в зрелом состоянии, псевдопилины затем часто вставляются во внешний листок внутренней мембраны через свои гидрофобные хвосты.

Главный псевдопилин, присутствующий в псевдопилюсе, - это GspG. Псевдопилус образуется, когда отдельные субъединицы псевдопилина полимеризовать все вместе. В этой реакции гидрофобные хвосты различных псевдопилинов сливаются вместе, оставляя открытыми их глобулярные гидрофильные головки. Эти длинные гидрофобные хвосты могут собираться вместе, как это, благодаря сильным гидрофобным взаимодействиям, и в результате псевдопилус неуклонно растет. Сборка и разборка этих субъединиц псевдопилуса обеспечивается секрецией АТФазы GspE. Считается, что это постоянное расширение и втягивание псевдопилуса заставляет его действовать как поршень и выталкивают секреторные белки через секретин внешней мембраны. Когда псевдопилус затем втягивается, новые секреторные белки могут проникать в систему, и процесс повторяется. Это движение псевдопилуса похоже на движение пилей типа IV, которое, как известно, позволяет подергивание моторики.[13]

Схема, показывающая систему секреции типа II

Механизм

Секреция белков через систему секреции типа II происходит очень специфическим образом и в значительной степени одинакова для разных видов бактерий. Этот механизм можно разбить на несколько этапов:

  1. Экзопротеины или белки, которые должны секретироваться, сначала транспортируются через внутреннюю мембрану в периплазму через механизм транслокации Sec. Эти экзопротеины будут существовать здесь, в секреции периплазмы, пока не активируется система секреции типа II.
  2. Пре-псевдопилины также транспортируются из цитоплазмы в периплазму через механизм транслокации Sec. Попав в периплазму, они расщепляются пре-пилинпептидазой GspO и превращаются в зрелые псевдопилины. Зрелые псевдопилины затем могут внедряться во внутреннюю мембрану, где они будут существовать до тех пор, пока не произойдет сборка псевдопилюса.
  3. Затем секреция АТФазы GspE будет связывать и гидролизовать АТФ, и произведенная энергия используется для питания образования псевдопилуса. GspE расположен в цитоплазме, но остается связанным с комплексом внутренней мембраны посредством взаимодействия как с GspL, так и с GspF.
  4. При активации экзопротеины, ранее перенесенные в периплазму, могут проникать в механизм секреции. Не совсем понятно, как эти экзопротеины отбираются, но считается, что взаимодействие между GspC и GspD играет важную роль.
  5. 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.
  6. Оказавшись вне клетки, секретируемые экзопротеины могут выполнять желаемые эффекты. Некоторые из них, например, могут быть задействованы в сигнализация и другие могут действовать как факторы вирулентности, способствующие развитию инфекции.

Верят что проверка кворума играет ключевую роль в контроле активации системы секреции типа II и инициации высвобождения экзопротеина.[6] В частности, определение кворума помогает регулировать транскрипцию генов, кодирующих эти экзопротеины, и гарантирует, что они производятся только тогда, когда поблизости находятся другие подобные бактерии и условия окружающей среды способствуют выживанию и инфицированию.

использованная литература

  1. ^ Дузи Б., Филлу А., Вулху 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. ЧВК  3297435. PMID  22411978.
  2. ^ Ценг Т., Тайлер Б.М., Сетубал Дж. К. (2009). «Системы секреции белка в ассоциациях бактерия-хозяин и их описание в генной онтологии». BMC Microbiology. 9: S2. Дои:10.1186 / 1471-2180-9-S1-S2. ЧВК  2654662. PMID  19278550.
  3. ^ а б Коротков К.В., Сандквист М, Хол ВГ (2012). «Система секреции типа II: биогенез, молекулярная архитектура и механизм». Обзоры природы Микробиология. 10 (5): 336–351. Дои:10.1038 / nrmicro2762. ЧВК  3705712. PMID  22466878.
  4. ^ Натале П., Брюзер Т., Дриссен А.Дж. (2008). «Sec- и Tat-опосредованная секреция белков через бактериальную цитоплазматическую мембрану - различные транслоказы и механизмы». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны. 1778 (9): 1735–1756. Дои:10.1016 / j.bbamem.2007.07.015. PMID  17935691.
  5. ^ а б c Филлу А (2004). «Основные механизмы секреции белка типа II». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Исследование молекулярных клеток. 1–3 (1–3): 163–179. Дои:10.1016 / j.bbamcr.2004.05.003. PMID  15546665.
  6. ^ а б Сандквист М (2001). «Секреция и патогенез II типа». Инфекция и иммунитет. 69 (6): 3523–3535. Дои:10.1128 / IAI.69.6.3523-3535.2001. ЧВК  98326. PMID  11349009.
  7. ^ Крейг Л., Пике М.Э., Тайнер Дж. А. (2004). «Строение ворсинок IV типа и патогенность бактерий». Обзоры природы Микробиология. 2 (5): 363–378. Дои:10.1038 / nrmicro885. PMID  15100690.
  8. ^ а б фон Тилс Д., Бледель I, Шмидт М.А., Хойсипп Г. (2012). «Секреция типа II у Yersinia - система секреции патогенности и экологической пригодности». Границы клеточной и инфекционной микробиологии. 2: 160. Дои:10.3389 / fcimb.2012.00160. ЧВК  3521999. PMID  23248779.
  9. ^ Коротков К.В., Гонен Т., Хол В.Г. (2011). «Секретины: динамические каналы для транспорта белка через мембраны». Тенденции в биохимических науках. 36 (8): 433–443. Дои:10.1016 / j.tibs.2011.04.002. ЧВК  3155655. PMID  21565514.
  10. ^ Риччи Д.П., Силхави Т.Дж. (2012). «Машина Бама: молекулярная медь». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны. 1818 (4): 1067–1084. Дои:10.1016 / j.bbamem.2011.08.020. ЧВК  3253334. PMID  21893027.
  11. ^ Джонсон Т.Л., Абендрот Дж., Хол В.Г., Сандквист М. (2006). «Секреция II типа: от структуры к функции». Письма о микробиологии FEMS. 255 (2): 175–186. Дои:10.1111 / j.1574-6968.2006.00102.x. PMID  16448494.
  12. ^ а б Лу С., Терли С., Марионни С.Т., Парк С.И., Ли К.К., Патрик М., Шах Р., Сандквист М., Буш М.Ф., Хол В.Г. (2013). «Гексамеры АТФазы GspE секреции типа II из Vibrio cholerae с повышенной активностью АТФазы». Структура. 21 (9): 1707–1717. Дои:10.1016 / j.str.2013.06.027. ЧВК  3775503. PMID  23954505.
  13. ^ Мэттик Дж. С. (2002). «Пили IV типа и подергивание моторики». Ежегодный обзор микробиологии. 56: 289–314. Дои:10.1146 / annurev.micro.56.012302.160938. PMID  12142488.