Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из системы секреции типа III )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Изображение на просвечивающем электронном микроскопе изолированных комплексов игл T3SS из Salmonella typhimurium

Система секреции третьего типа (часто обозначаемая как система секреции типа III и сокращенно TTSS или T3SS , также называемая инъектисомой ) - это белковый придаток, обнаруженный у нескольких грамотрицательных бактерий .

У патогенных бактерий игольчатая структура используется в качестве сенсорного зонда для обнаружения присутствия эукариотических организмов и выделения белков, которые помогают бактериям их инфицировать . Секретируемые эффекторные белки секретируются непосредственно из бактериальной клетки в эукариотическую (хозяйскую) клетку, где они оказывают ряд эффектов, которые помогают патогену выжить и избежать иммунного ответа.

Обзор [ править ]

Термин «система секреции типа III» был придуман в 1993 году. [1] Эта система секреции отличается как минимум от пяти других систем секреции, обнаруженных у грамотрицательных бактерий. Многие бактерии, ассоциированные с животными и растениями, обладают похожими T3SS. Эти T3SS похожи в результате дивергентной эволюции, и филогенетический анализ поддерживает модель, в которой грамотрицательные бактерии могут переносить кассету гена T3SS горизонтально другим видам. Наиболее изученными T3SS являются виды Shigella (вызывает бактериальную дизентерию ), Salmonella ( брюшной тиф ), Escherichia coli ( кишечная флора , некоторые штаммы вызываютпищевое отравление ), Vibrio ( гастроэнтерит и диарея ), Burkholderia ( сап ), Yersinia ( чума ), Chlamydia ( болезнь, передающаяся половым путем ), Pseudomonas (поражает людей , животных и растения ) и возбудителей болезней растений Erwinia , Ralstonia и Xanthomonas , а также растения симбионт Rhizobium .

T3SS состоит примерно из 30 различных белков, что делает его одной из самых сложных систем секреции. Его структура имеет много общего с бактериальными жгутиками (длинные жесткие внеклеточные структуры, используемые для подвижности ). Некоторые из белков, участвующих в T3SS, имеют гомологию аминокислотной последовательности с жгутиковыми белками. Некоторые из бактерий, обладающих T3SS, также имеют жгутики и подвижны (например, Salmonella ), а некоторые нет ( Shigella, например). С технической точки зрения, секреция типа III используется как для секреции белков, связанных с инфекцией, так и для жгутиковых компонентов. Однако термин «секреция типа III» используется в основном в отношении инфекционного аппарата. Жгутик бактерий имеет общего предка с системой секреции типа III. [2] [3]

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 потеряли T3SS, потому что энергетически дорогостоящая система больше не используется. [4] Хотя традиционные антибиотики были эффективны против этих бактерий в прошлом, устойчивые к антибиотикам штаммы появляются постоянно. Понимание того, как работает T3SS, и разработка лекарств, специально нацеленных на него, стали важной целью многих исследовательских групп по всему миру с конца 1990-х годов.

Структура [ править ]

Система секреции типа III
Игольчатый комплекс T3SS
Идентификаторы
СимволT3SS
TCDB1.B.22
OPM суперсемейство348
Белок OPM5ткк

Отличительной чертой T3SS является игла [5] [6] (в более общем смысле, комплекс иглы ( NC ) или аппарат T3SS ( T3SA ); также называется инъекцисом, когда АТФаза исключена; см. Ниже). Бактериальные белки, которые необходимо секретировать, проходят из бактериальной цитоплазмы через иглу непосредственно в цитоплазму хозяина. Три мембраныразделяют две цитоплазмы: двойную мембрану (внутреннюю и внешнюю) грамотрицательной бактерии и эукариотическую мембрану. Игла обеспечивает плавный проход через эти высокоселективные и почти непроницаемые мембраны. Одна бактерия может иметь несколько сотен игольчатых комплексов, распределенных по ее мембране. Было высказано предположение, что комплекс иглы является универсальным признаком всех T3SS патогенных бактерий. [7]

Комплекс иглы начинается в цитоплазме бактерии, пересекает две мембраны и выступает из клетки. Часть, закрепленная в мембране, является основанием (или базальным телом ) T3SS. Внеклеточная часть - игла. Так называемый внутренний стерженьсоединяет иглу с основанием. Сама игла, хотя и является самой большой и наиболее заметной частью T3SS, состоит из множества единиц одного белка. Таким образом, большинство различных белков T3SS - это те, которые образуют основу, и те, которые секретируются в хозяина. Как упоминалось выше, комплекс игл имеет сходство с бактериальными жгутиками. Более конкретно, основание комплекса игл структурно очень похоже на основание жгутика; сама игла аналогична крючку жгутика - структуре, соединяющей основание с нитью жгутика. [8] [9]

Основание состоит из нескольких круглых колец и является первой структурой, построенной в новом комплексе игл. Когда основа готова, она служит машиной для выделения внешних белков (иглы). После завершения всего комплекса система переключается на секретирование белков, которые предназначены для доставки в клетки-хозяева. Предполагается, что игла построена снизу вверх; единицы мономерного белка иглы накладываются друг на друга, так что единица на кончике иглы добавляется последней. Игла субъединица является одним из самых маленьких T3SS белков, измерение на уровне около 9 K Da . Каждая игла состоит из 100-150 субъединиц.

Игла T3SS имеет длину около 60-80 нм и внешнюю ширину 8 нм. Он должен иметь минимальную длину, чтобы другие внеклеточные бактериальные структуры (например, адгезины и липополисахаридный слой) не мешали секреции. Отверстие иглы имеет диаметр 3 нм. Большинство свернутых эффекторных белков слишком велики, чтобы пройти через отверстие иглы, поэтому большая часть секретируемых белков должна проходить через иглу в развернутом виде, и эту задачу выполняет АТФаза в основании структуры. [10]

Белки T3SS [ править ]

Схема отдельных субструктур комплекса игл Salmonella typhimurium

Белки T3SS можно разделить на три категории:

  • Структурные белки : построить основу, внутренний стержень и иглу.
  • Эффекторные белки : секретируются в клетку-хозяин и способствуют инфицированию / подавлению защиты клетки-хозяина.
  • Шапероны : связывают эффекторы в цитоплазме бактерий, защищают их от агрегации и деградации и направляют их к комплексу иглы.

Большинство генов T3SS расположены в оперонах . Эти опероны расположены на бактериальной хромосоме у некоторых видов и на специальной плазмиде у других видов. Сальмонелла , например, имеет хромосомную область, в которой сосредоточено большинство генов T3SS, так называемый остров патогенности сальмонелл ( SPI ). Shigella , с другой стороны, имеет большую плазмиду вирулентности, на которой расположены все гены T3SS. Важно отметить, что многие островки патогенности и плазмиды содержат элементы, которые делают возможным частый горизонтальный перенос генов острова / плазмиды новому виду.

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

Индукция секреции [ править ]

Контакт иглы с клеткой-хозяином запускает секрецию T3SS; [11] об этом спусковом механизме известно немного (см. Ниже). Секреция также может быть вызвана снижением концентрации ионов кальция в среде для выращивания (для Yersinia и Pseudomonas ; выполняется путем добавления хелатора, такого как EDTA или EGTA ) и путем добавления ароматического красителя Конго красный в среду для выращивания (для Shigella ). например. Эти и другие методы используются в лабораториях для искусственного стимулирования секреции III типа.

Индукция секреции с помощью внешних сигналов, отличных от контакта с клетками-хозяевами, также имеет место in vivo у инфицированных организмов. 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, а не в слепую кишку кишечника животных . Бактерии могут знать, где они находятся, благодаря различным ионам, присутствующим в этих областях; подвздошная кишка содержит формиат и ацетат, а слепая кишка - нет. Бактерии ощущают эти молекулы, определяют, что они находятся в подвздошной кишке, и активируют свой секреторный аппарат. Молекулы, присутствующие в слепой кишке, такие как пропионат и бутират , являются негативным сигналом для бактерий и подавляют секрецию. Холестерин , липид, содержащийся в мембранах большинства эукариотических клеток, способен вызывать секрецию у Shigella .

Перечисленные выше внешние сигналы регулируют секрецию либо напрямую, либо через генетический механизм. Известно несколько факторов транскрипции , регулирующих экспрессию генов T3SS. Некоторые шапероны, связывающие 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 одиночные шапероны действуют как факторы транскрипции, связываясь с генами, кодирующими их эффекторы, и индуцируют их транскрипцию и тем самым производство большего количества эффекторов.

Структуры, аналогичные инъекциомам Type3SS, были предложены для заклепки грамотрицательных бактериальных наружных и внутренних мембран, чтобы помочь высвободить везикулы внешней мембраны, нацеленные на доставку бактериального секрета к эукариотическим клеткам-хозяевам или другим клеткам-мишеням in vivo. [12]

T3SS-опосредованная инфекция [ править ]

Эффекторы T3SS входят в комплекс иглы в основании и продвигаются внутрь иглы к клетке-хозяину. Точный путь проникновения эффекторов в организм хозяина в основном неизвестен. Ранее предполагалось, что игла сама по себе способна прокалывать отверстие в мембране клетки-хозяина; эта теория была опровергнута. Теперь ясно, что некоторые эффекторы, вместе называемые транслокаторами , секретируются первыми и продуцируют поры или канал ( транслокон ) в мембране клетки-хозяина, через которые могут проникать другие эффекторы. Мутировавшийбактерии, у которых отсутствуют транслокаторы, способны секретировать белки, но не могут доставлять их в клетки-хозяева. Обычно каждый T3SS включает три транслокатора. Некоторые транслокаторы выполняют двойную роль; после того, как они участвуют в порообразовании, они проникают в клетку и действуют как истинные эффекторы.

Эффекторы T3SS манипулируют клетками-хозяевами несколькими способами. Самый поразительный эффект - это стимуляция поглощения бактерии клеткой-хозяином. Многие бактерии, обладающие T3SS, должны проникать в клетки-хозяева для репликации и распространения инфекции. Эффекторы, которые они вводят в клетку-хозяин, побуждают хозяина поглотить бактерию и практически «съесть» ее. Для этого бактериальные эффекторы манипулируют аппаратом полимеризации актина клетки-хозяина. Актин - компонент цитоскелета.а также участвует в подвижности и изменении формы клеток. Благодаря своим эффекторам T3SS бактерия может использовать собственный механизм клетки-хозяина для собственной выгоды. Как только бактерия попадает в клетку, она способна более легко секретировать другие эффекторы, может проникать в соседние клетки и быстро инфицировать всю ткань .

Было также показано, что эффекторы T3SS влияют на 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 их поглощения ими. [13] Позже было показано, что IpaB достигает этого за счет взаимодействия с каспазой 1 , основным регуляторным белком в эукариотических клетках. [14]

Другим хорошо охарактеризованным классом эффекторов T3SS являются эффекторы, подобные активаторам транскрипции ( эффекторы TAL ) из Xanthomonas . При введении в растения эти белки могут проникать в ядро ​​растительной клетки, связывать промоторные последовательности растений и активировать транскрипцию генов растений, которые способствуют бактериальной инфекции. [15] Недавно было продемонстрировано, что распознавание эффекторной ДНК TAL включает простой код [16] [17], и это значительно улучшило понимание того, как эти белки могут изменять транскрипцию генов в клетках растения-хозяина.

Нерешенные проблемы [ править ]

Топология и организация игольного комплекса сальмонелл . [18]

Сотни статей о T3SS были опубликованы с середины девяностых. Однако многие вопросы, касающиеся системы, остаются нерешенными:

  • Белки T3SS . Из примерно 30 белков T3SS менее 10 в каждом организме были непосредственно обнаружены с помощью биохимических методов. Остальные, возможно, редкие, оказалось трудно обнаружить, и они остаются теоретическими (хотя генетические, а не биохимические исследования были выполнены на многих генах / белках T3SS). Локализация каждого белка также полностью не известна.
  • Длина иглы . Неизвестно, как бактерия «узнает», когда новая игла достигла нужной длины. Существует несколько теорий, в том числе о существовании «протеина-линейки», который каким-то образом соединяет кончик и основание иглы. Добавление новых мономеров на кончик иглы должно растягивать белок линейки и тем самым сигнализировать длину иглы до основания.
  • Энергетика . Сила, которая движет прохождением белков внутри иглы, полностью не известна. АТФазы связаны с основанием T3SS и участвует в направляющих белки в иглу; но неясно, поставляет ли он энергию для транспорта.
  • Сигнал секреции . Как упоминалось выше, известно о наличии сигнала секреции у эффекторных белков. Сигнал позволяет системе отличать T3SS-транспортируемые белки от любых других белков. Его природа, требования и механизм распознавания плохо изучены, но недавно были разработаны методы прогнозирования того, какие бактериальные белки могут транспортироваться системой секреции типа III. [19]
  • Активация секреции . Бактерия должна знать, когда пора секретировать эффекторы. Излишняя секреция, когда поблизости нет клетки-хозяина, расточительна для бактерии с точки зрения энергии и ресурсов. Бактерия каким-то образом способна распознать контакт иглы с клеткой-хозяином. Как это делается, все еще исследуются, и этот метод вполне может зависеть от патогена. Некоторые теории постулируют тонкое конформационное изменение структуры иглы при контакте с клеткой-хозяином; это изменение, возможно, служит сигналом для начала секреции. Один метод распознавания был обнаружен у сальмонеллы , который основан на измерении цитозольного pH клетки-хозяина.через остров патогенности 2, кодируемый T3SS, чтобы включить секрецию эффекторов. [20]
  • Привязка шаперонов . Неизвестно, когда шапероны связываются со своими эффекторами (во время или после трансляции ) и как они отделяются от своих эффекторов перед секрецией.
  • Эффекторные механизмы . Хотя с начала 21 века многое было раскрыто о способах, которыми эффекторы T3SS манипулируют хозяином, большинство эффектов и путей остается неизвестным.
  • Эволюция . Как уже упоминалось, T3SS тесно связан с жгутиком бактерий. [21] Существуют три конкурирующие гипотезы: [22] во- первых, что жгутик развился первым и T3SS произошел от этой структуры, во-вторых, что T3SS развился первым, а жгутик произошел от него, и в-третьих, что две структуры происходят от общего предка. Были некоторые разногласия по поводу различных сценариев [2] [22], поскольку все они объясняют гомологию белков между двумя структурами, а также их функциональное разнообразие. [23] 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. [24] Ключевым этапом последнего процесса было рекрутирование секретинов в T3SS, событие, которое происходило по крайней мере три раза из других мембраносвязанных систем.

Номенклатура белков T3SS [ править ]

Жгутик грамотрицательных бактерий. Кольца основы очень похожи на кольца со сложной иглой, хотя наличие С-образного кольца в комплексе с иглой не доказано. Жгутиковый крючок гомологичен игле T3SS.

С начала 1990-х годов новые белки T3SS постоянно обнаруживаются у разных видов бактерий. Аббревиатуры были даны независимо для каждой серии белков в каждом организме, и названия обычно мало что говорят о функции белка. Позднее было показано, что некоторые белки, независимо открытые у разных бактерий, гомологичны ; исторические названия, однако, в основном были сохранены, что может вызвать путаницу. Например, белки SicA, IpgC и SycD являются гомологами Salmonella , Shigella и Yersinia , соответственно, но последняя буква («серийный номер») в их названии этого не показывает.

Ниже приводится краткое изложение наиболее распространенных названий серий белков у нескольких видов, содержащих T3SS. Обратите внимание, что эти названия включают белки, которые образуют механизм T3SS, а также секретируемые эффекторные белки :

  • Иерсиния
    • Yop : Внешний белок Yersinia
    • Ysc : Секреция иерсиний (компонент)
    • Ypk : протеинкиназа иерсиний
  • Сальмонелла
    • Спа : поверхностное представление антигена
    • Sic : Шаперон вторжения сальмонелл
    • Глоток : протеин инвазии сальмонеллы
    • Prg : PhoP-репрессированный ген
    • Инв : Вторжение
    • Орг : регулируемый кислородом ген
    • Ssp : Salmonella -secreted белок
    • Iag : ген, связанный с вторжением
  • Шигелла
    • Ipg : ген плазмиды вторжения
    • Ipa : антиген плазмиды вторжения
    • Mxi : мембранная экспрессия Ipa
    • Спа : поверхностное представление антигена
    • Osp : белок внешней шигеллы
  • Эшерихия
    • Tir : перемещенный рецептор интимина
    • Сен : секреция белков E. coli
    • Esc : Секреция Escherichia (компонент)
    • Esp : белок секреции Escherichia
    • Ces : шаперон секреции кишечной палочки
  • Псевдомонады
    • Hrp : гиперчувствительность и патогенность.
    • Hrc : гиперчувствительный ответ сохранен (или Hrp сохранен)
  • Ризобий
    • Nop : нодулирующий белок
    • Rhc : Rhizobium консервативен
  • У нескольких видов:
    • Вир : вирулентность
  • «Протохламидия амебофила»
  • «Sodalis glossinidius» [25]

После этих сокращений следует буква или цифра. Буквы обычно обозначают «порядковый номер», либо хронологический порядок открытия, либо физический порядок появления гена в опероне . Числа, более редкий случай, обозначают молекулярную массу белка в кДа . Примеры: IpaA, IpaB, IpaC; MxiH, MxiG, MxiM; Спа9, Спа47.

Во всех T3SS присутствуют несколько ключевых элементов: мономер иглы, внутренний стержень иглы, кольцевые белки, два транслокатора, белок кончика иглы, белок-линейка (который, как считается, определяет длину иглы; см. Выше) и АТФазы , которая поставляет энергию для секреции. В следующей таблице показаны некоторые из этих ключевых белков у четырех бактерий, содержащих T3SS:

↓ Функция / Род →ШигеллаСальмонеллаИерсинияЭшерихия
Игольчатый мономерMxiHPrgIYscFEscF
Внутренний стерженьMxiIPrgJYscIEscI
Белок кончика иглыIpaDSipDLcrVEspA
ТранслокаторIpaBSipBYopBEspD
ТранслокаторIpaCSipCYopDEspB
Шаперон для двух транслокаторовIpgCSicASycDCesD
АТФазаСпа47InvCYscNSepB (EscN)
Линейка белкаСпа32InvJYscPOrf16
ВыключательСпа40СПАСYscUEscU
ПривратникMxiCInvEYopN (TyeA)SepL

Методы, использованные в исследовании T3SS [ править ]

Выделение игольчатых комплексов T3SS [ править ]

Выделение крупных, хрупких, гидрофобных мембранных структур из клеток было проблемой в течение многих лет. Однако к концу 1990-х годов было разработано несколько подходов к изоляции T3SS NC. В 1998 г. были выделены первые НК из Salmonella typhimurium . [26]

Для изоляции бактерии выращивают в большом объеме жидкой питательной среды до достижения логарифмической фазы . Затем их центрифугируют ; надосадочную жидкость (среда) отбрасывают , а осадок (бактерии) ресуспендировали в буфере для лизиса , как правило , содержащий лизоцим , а иногда и моющее средство , такие как LDAO или Тритон Х-100 . Этот буфер разрушает клеточную стенку . После нескольких циклов лизиса и отмывки открытые бактерии подвергаются серии ультрацентрифугирования.. Эта обработка обогащает крупные макромолекулярные структуры и удаляет более мелкие клеточные компоненты. Необязательно, конечный лизат подвергают дальнейшей очистке градиентом плотности CsCl .

Дополнительный подход к дальнейшей очистке использует аффинную хроматографию . Рекомбинантные белки T3SS, несущие белковые метки (например, гистидиновые метки ), производятся путем молекулярного клонирования, а затем вводятся ( трансформируются ) в исследуемые бактерии. После первоначального выделения NC, как описано выше, лизат пропускают через колонку, покрытую частицами с высоким сродством к метке (в случае гистидиновых меток: ионы никеля ). Меченый белок остается в колонке, а вместе с ним и весь комплекс иглы. С помощью таких методов можно достичь высокой степени чистоты. Эта чистота важна для многих деликатных анализов, которые использовались для определения характеристик NC.

Эффекторы типа III были известны с начала 1990-х годов, но способ их доставки в клетки-хозяева оставался полной загадкой. Гомология между многими жгутиковыми белками и белками T3SS заставила исследователей подозревать существование внешней структуры T3SS, подобной жгутикам. Идентификация и последующее выделение структуры иглы позволили исследователям:

  • подробно охарактеризовать трехмерную структуру NC и на основании этого сделать выводы относительно механизма секреции (например, что узкая ширина иглы требует развертывания эффекторов перед секрецией),
  • анализировать белковые компоненты NC, подвергая изолированные иглы протеомному анализу (см. ниже),
  • назначать роли различных компонентов ЧПУ, это, выбивая гены T3SS, изолируя от НТА мутантных бактерий и изучения изменений , которые мутации вызывают.

Микроскопия, кристаллография и твердотельный ЯМР [ править ]

Как и почти все белки, визуализация НК 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. [26] В 2001 году изображения NC из Shigella flexneri были подвергнуты цифровому анализу и усреднены для получения первой полу-3D-структуры NC. [5] Спиральная структура NC из Shigella flexneri была определена с разрешением 16 Å с помощью дифракции рентгеновских лучей в 2003 г. [27], а годом позже - 17- Å 3D-структура NC из Salmonella typhimurium.был опубликован. [28] Последние достижения и подходы позволили получить трехмерные изображения NC с высоким разрешением, [29] [30] дополнительно прояснив сложную структуру NC.

Многочисленные белки T3SS были кристаллизованы на протяжении многих лет. К ним относятся структурные белки NC, эффекторы и шапероны. Первой структурой игольчатого сложного мономера была структура ЯМР BsaL из "Burkholderia pseudomallei", а затем кристаллическая структура MixH из Shigella flexneri , которые были разрешены в 2006 году. [31] [32]

В 2012 году сочетание производства рекомбинантных игл дикого типа, твердотельного ЯМР , электронной микроскопии [33] и моделирования Rosetta выявило супрамолекулярные границы раздела и, в конечном итоге, полную атомную структуру иглы Salmonella typhimurium T3SS. [34] было показано , что 80-остатков PrgI субъединицы образуют правую винтовую сборку с примерно 11 субъединиц на два оборота, подобно тому , что часть жгутика из Salmonella Typhimurium . Модель также выявила протяженный аминоконцевой домен, который расположен на поверхности иглы, в то время как высококонсервативный карбоксильный конец указывает на просвет. [34]

Протеомика [ править ]

Несколько методов были использованы для идентификации набора белков, составляющих T3SS. Изолированные комплексы игл могут быть разделены с помощью SDS-PAGE . Полосы, которые появляются после окрашивания, можно индивидуально вырезать из геля и анализировать с помощью секвенирования белков и масс-спектрометрии . Структурные компоненты NC могут быть отделены друг от друга (например, игольчатая часть от основной части), и путем анализа этих фракций можно определить белки, участвующие в каждой из них. В качестве альтернативы, изолированные NC могут быть непосредственно проанализированы масс-спектрометрией без предварительного электрофореза , чтобы получить полную картину протеома NC .

Генетические и функциональные исследования [ править ]

Исследователи манипулировали T3SS у многих бактерий. Наблюдение за влиянием отдельных манипуляций может быть использовано для понимания роли каждого компонента системы. Примеры манипуляций:

  • Делеция одного или нескольких генов T3SS ( нокаут гена ).
  • Сверхэкспрессия одного или нескольких генов T3SS (другими словами: продукция in vivo белка T3SS в количествах, больших, чем обычно).
  • Точечные или региональные изменения в генах или белках T3SS. Это делается для того, чтобы определить функцию определенных аминокислот или участков в белке.
  • Введение гена или белка из одного вида бактерий в другой (анализ перекрестной комплементации). Это делается для того, чтобы проверить различия и сходства между двумя T3SS.

Манипуляции с компонентами T3SS могут влиять на несколько аспектов бактериальной функции и патогенности. Примеры возможных влияний:

  • Способность бактерий проникать в клетки-хозяева в случае внутриклеточных патогенов. Это можно измерить с помощью анализа на инвазию ( анализ защиты от гентамицина ).
  • Способность внутриклеточных бактерий мигрировать между клетками-хозяевами.
  • Способность бактерий убивать клетки-хозяева. Это можно измерить несколькими методами, например, анализом высвобождения ЛДГ , в котором фермент ЛДГ, который просачивается из мертвых клеток, идентифицируется путем измерения его ферментативной активности.
  • Способность T3SS секретировать определенный белок или вообще секретировать. Для этого у бактерий, растущих в жидкой среде, индуцируется секреция. Затем бактерии и среда разделяются центрифугированием, и фракция среды (супернатант) затем анализируется на наличие секретируемых белков. Чтобы предотвратить секрецию обычно секретируемого белка, к нему можно искусственно прикрепить большую молекулу. Если тогда не секретируемый белок остается «застрявшим» на дне комплекса иглы, секреция эффективно блокируется.
  • Способность бактерий собирать неповрежденный игольчатый комплекс. NC могут быть выделены из обработанных бактерий и исследованы под микроскопом. Однако незначительные изменения не всегда можно обнаружить под микроскопом.
  • Способность бактерий заражать живых животных или растений. Даже если in vitro показано, что манипулируемые бактерии способны инфицировать клетки-хозяева, их способность поддерживать инфекцию в живом организме не может считаться само собой разумеющейся.
  • Уровни экспрессии других генов. Это может быть проанализировано несколькими способами, в частности Нозерн-блоттингом и ОТ-ПЦР . Уровни экспрессии всего генома можно определить с помощью микрочипа . С помощью этих методов были обнаружены многие факторы транскрипции типа III и регуляторные сети.
  • Рост и приспособленность бактерий.

Ингибиторы T3SS [ править ]

Было обнаружено несколько соединений, которые ингибируют T3SS у грамотрицательных бактерий , включая гуадиномины, которые естественным образом вырабатываются видами Streptomyces . [35] Были разработаны моноклональные антитела , которые также ингибируют T3SS. [36] Aurodox, антибиотик, способный ингибировать трансляцию белков T3SS, способен предотвращать эффекторы T3SS in vitro и на животных моделях [37] [38]

Инструменты для прогнозирования сигнального пептида типа III [ править ]

  • Эффективный T3

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Salmond GP, Reeves PJ (январь 1993). «Управляющие мембранным движением и секреция белка у грамотрицательных бактерий». Направления биохимических наук . 18 (1): 7–12. DOI : 10.1016 / 0968-0004 (93) 90080-7 . PMID  8438237 .
  2. ^ a b Gophna U, Ron EZ, Graur D (июль 2003 г.). «Системы секреции бактерий типа III являются древними и эволюционировали в результате множественных событий горизонтального переноса». Джин . 312 : 151–63. DOI : 10.1016 / S0378-1119 (03) 00612-7 . PMID 12909351 . 
  3. ^ Нгуен L, Полсен IT, Tchieu J, Hueck CJ, Saier MH (апрель 2000). «Филогенетический анализ составляющих систем секреции белка III типа». Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 2 (2): 125–44. PMID 10939240 . 
  4. ↑ Gong H, Vu GP, Bai Y, Yang E, Liu F, Lu S (январь 2010 г.). «Дифференциальная экспрессия факторов системы секреции Salmonella типа III 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 .  
  5. ^ a b Blocker A, Jouihri N, Larquet E, Gounon P, Ebel F, Parsot C и др. (Февраль 2001 г.). «Структура и состав« игольчатого комплекса »Shigella flexneri, являющегося частью секретона III типа» . Молекулярная микробиология . 39 (3): 652–63. DOI : 10.1046 / j.1365-2958.2001.02200.x . PMID 11169106 . 
  6. ^ Галан JE, Wolf-Watz H (ноябрь 2006). «Доставка белка в эукариотические клетки с помощью машин секреции типа III». Природа . 444 (7119): 567–73. Bibcode : 2006Natur.444..567G . DOI : 10,1038 / природа05272 . PMID 17136086 . S2CID 4411244 .  
  7. ^ Pallen MJ, Bailey CM, Beatson SA (апрель 2006). «Эволюционные связи между FliH / YscL-подобными белками из бактериальных систем секреции типа III и компонентами второго стебля FoF1 и вакуолярных АТФаз» . Белковая наука . 15 (4): 935–41. DOI : 10.1110 / ps.051958806 . PMC 2242474 . PMID 16522800 .  
  8. Перейти ↑ Aizawa SI (август 2001). «Бактериальные жгутики и системы секреции III типа» . Письма о микробиологии FEMS . 202 (2): 157–64. DOI : 10.1111 / j.1574-6968.2001.tb10797.x . PMID 11520608 . 
  9. ^ Дулитл WF, Zhaxybayeva O (июль 2007). «Эволюция: редуцируемая сложность - случай бактериальных жгутиков». Текущая биология . 17 (13): R510-2. DOI : 10.1016 / j.cub.2007.05.003 . PMID 17610831 . S2CID 17452659 .  
  10. ^ Akeda Y, Галан JE (октябрь 2005). «Высвобождение шаперона и развертывание субстратов в секреции III типа». Природа . 437 (7060): 911–5. Bibcode : 2005Natur.437..911A . DOI : 10,1038 / природа03992 . PMID 16208377 . S2CID 4355750 .  
  11. ^ Kimbrough Т. Миллер SI (сентябрь 2000). «Вклад компонентов секреции Salmonella typhimurium III типа в образование комплекса игл» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 97 (20): 11008–13. Bibcode : 2000PNAS ... 9711008K . DOI : 10.1073 / pnas.200209497 . PMC 27139 . PMID 10984518 .  
  12. ^ YashRoy RC (2003). «Интоксикация эукариотических клеток грамотрицательными патогенами: новая модель бактериального нановезикулярного экзоцитоза, связанного с внешней мембраной, для системы секреции типа III» . Международная токсикология . 10 (1): 1–9.
  13. ^ Zychlinsky A, B Kenny, Менар R, Прево MC, Holland IB, Sansonetti PJ (февраль 1994). «IpaB опосредует апоптоз макрофагов, индуцированный Shigella flexneri». Молекулярная микробиология . 11 (4): 619–27. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.1994.tb00341.x . PMID 8196540 . S2CID 40167923 .  
  14. ^ Hilbi H, Moss JE, Hersh D, Chen Y, Arondel J, Banerjee S и др. (Декабрь 1998 г.). «Апоптоз, индуцированный шигеллами, зависит от каспазы-1, которая связывается с IpaB» . Журнал биологической химии . 273 (49): 32895–900. DOI : 10.1074 / jbc.273.49.32895 . PMID 9830039 . 
  15. ^ Boch J, Bonas U (2010). "Эффекторы Xanthomonas AvrBs3 типа III: открытие и функции". Ежегодный обзор фитопатологии . 48 : 419–36. DOI : 10.1146 / annurev-phyto-080508-081936 . PMID 19400638 . 
  16. ^ Moscou MJ, Bogdanove AJ (декабрь 2009). «Простой шифр управляет распознаванием ДНК эффекторами TAL». Наука . 326 (5959): 1501. Bibcode : 2009Sci ... 326.1501M . DOI : 10.1126 / science.1178817 . PMID 19933106 . S2CID 6648530 .  
  17. ^ Boch J, Scholze H, Schornack S, Landgraf A, Hahn S, Kay S и др. (Декабрь 2009 г.). «Нарушение кода специфичности связывания ДНК эффекторов TAL-типа III». Наука . 326 (5959): 1509–12. Bibcode : 2009Sci ... 326.1509B . DOI : 10.1126 / science.1178811 . PMID 19933107 . S2CID 206522347 .  
  18. ^ Шрейдт О., Лефебре, М.Д., Бруннер М.Дж., Шмид У.Х., Шмидт А., Радикс Дж. И др. (Апрель 2010 г.). Стеббинс CE (ред.). «Топология и организация компонентов комплекса игл секрета Salmonella typhimurium III типа» . PLOS Патогены . 6 (4): e1000824. DOI : 10.1371 / journal.ppat.1000824 . PMC 2848554 . PMID 20368966 .  
  19. ^ Гринберг M, Godzik A (апрель 2009). Стеббинс CE (ред.). «Сигнал для сигнализации, найден» . PLOS Патогены . 5 (4): e1000398. DOI : 10.1371 / journal.ppat.1000398 . PMC 2668190 . PMID 19390616 .  
  20. ^ Ю XJ, McGourty K, Лю M, Unsworth KE, Holden DW (май 2010). «Измерение pH внутриклеточной сальмонеллой индуцирует эффекторную транслокацию» . Наука . 328 (5981): 1040–3. Bibcode : 2010Sci ... 328.1040Y . DOI : 10.1126 / science.1189000 . hdl : 10044/1/19679 . PMC 6485629 . PMID 20395475 .  
  21. ^ Medini D, Covacci A, C Донати (декабрь 2006). «Семейства сетей гомологии белков показывают постепенную диверсификацию систем секреции Типа III и Типа IV» . PLOS Вычислительная биология . 2 (12): e173. Bibcode : 2006PLSCB ... 2..173M . DOI : 10.1371 / journal.pcbi.0020173 . PMC 1676029 . PMID 17140285 .  
  22. ^ a b Saier MH (март 2004 г.). «Эволюция бактериальных систем секреции белка III типа». Тенденции в микробиологии . 12 (3): 113–5. DOI : 10.1016 / j.tim.2004.01.003 . PMID 15001186 . 
  23. Перейти ↑ McCann HC, Guttman DS (2008). «Эволюция системы секреции типа III и ее эффекторов в растительно-микробных взаимодействиях» . Новый фитолог . 177 (1): 33–47. DOI : 10.1111 / j.1469-8137.2007.02293.x . PMID 18078471 . 
  24. Перейти ↑ Abby SS, Rocha EP (сентябрь 2012 г.). «Не жгутиковая система секреции типа III произошла от бактериального жгутика и превратилась в адаптированные системы хозяина и клетки» . PLOS Genetics . 8 (9): e1002983. DOI : 10.1371 / journal.pgen.1002983 . PMC 3459982 . PMID 23028376 .  
  25. Перейти ↑ Moran NA (февраль 2001 г.). «Бактериальные зверинцы внутри насекомых» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (4): 1338–40. Bibcode : 2001PNAS ... 98.1338M . DOI : 10.1073 / pnas.98.4.1338 . PMC 33380 . PMID 11171951 .  
  26. ^ а б Кубори Т., Мацусима Ю., Накамура Д., Уралил Дж., Лара-Теджеро М., Сухан А. и др. (Апрель 1998 г.). «Супрамолекулярная структура системы секреции белка Salmonella typhimurium III типа». Наука . 280 (5363): 602–5. Bibcode : 1998Sci ... 280..602K . DOI : 10.1126 / science.280.5363.602 . PMID 9554854 . 
  27. ^ Кордес FS, Komoriya K, Larquet E, Ян S, Egelman EH, Blocker A, Lea SM (май 2003). «Спиральное строение иглы системы секреции III типа Shigella flexneri» . Журнал биологической химии . 278 (19): 17103–7. DOI : 10.1074 / jbc.M300091200 . PMID 12571230 . 
  28. ^ Marlovits ТС, Kubori Т, Сухан А, Томас ДР, Галан JE, Унгер В.М. (ноябрь 2004 г.). «Структурные сведения о сборке комплекса иглы секреции типа III» . Наука . 306 (5698): 1040–2. Bibcode : 2004Sci ... 306.1040M . DOI : 10.1126 / science.1102610 . PMC 1459965 . PMID 15528446 .  
  29. ^ Sani M, Allaoui A, Fusetti F, Oostergetel GT, Keegstra W, Boekema EJ (2007). «Структурная организация игольчатого комплекса секреционного аппарата типа III Shigella flexneri». Микрон . 38 (3): 291–301. DOI : 10.1016 / j.micron.2006.04.007 . ЛВП : 11370 / 9ee8c380-a931-4313-89cf-d9faa49cdf3b . PMID 16920362 . 
  30. ^ 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 повсюду» . Структурная и молекулярная биология природы . 16 (5): 477–85. DOI : 10.1038 / nsmb.1599 . PMC 2681179 . PMID 19396171 .  
  31. ↑ Zhang L, Wang Y, Picking WL, Picking WD, De Guzman RN (июнь 2006 г.). "Структура раствора мономерного BsaL, белка иглы секреции типа III Burkholderia pseudomallei". Журнал молекулярной биологии . 359 (2): 322–30. DOI : 10.1016 / j.jmb.2006.03.028 . PMID 16631790 . 
  32. ^ Дин Дж. Э., Роверси П., Кордес Ф. С., Джонсон С., Кенджале Р., Даниелл С. и др. (Август 2006 г.). «Молекулярная модель иглы системы секреции типа III: значение для восприятия клеток-хозяев» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (33): 12529–33. Bibcode : 2006PNAS..10312529D . DOI : 10.1073 / pnas.0602689103 . PMC 1567912 . PMID 16888041 .  
  33. ^ Галкин В.Е., SCHMIED WH, Schraidt O, Marlovits TC, Egelman EH (март 2010). «Структура иглы системы секреции Salmonella typhimurium типа III показывает отклонение от системы жгутиков» . Журнал молекулярной биологии . 396 (5): 1392–7. DOI : 10.1016 / j.jmb.2010.01.001 . PMC 2823972 . PMID 20060835 .  
  34. ^ a b Локет А, 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): 276–9. Bibcode : 2012Natur.486..276L . DOI : 10.1038 / nature11079 . PMC 3598588 . PMID 22699623 .  
  35. ^ Холмс ТС, май А.Е., Zaleta-Ривера К, Рубин Ю.Г., Skewes-Кокс Р, Фишбаха М. А., и др. (Октябрь 2012 г.). «Молекулярное понимание биосинтеза гуадиномина: ингибитор системы секреции типа III» . Журнал Американского химического общества . 134 (42): 17797–806. DOI : 10.1021 / ja308622d . PMC 3483642 . PMID 23030602 .  
  36. ^ Theuretzbacher U, Пиддок LJ (июль 2019). «Нетрадиционные антибактериальные терапевтические возможности и проблемы» . Клеточный хозяин и микроб . 26 (1): 61–72. DOI : 10.1016 / j.chom.2019.06.004 . PMID 31295426 . 
  37. ^ Pylkkö T, Ilina P, Tammela P (март 2021). «Разработка и валидация скринингового анализа с высоким содержанием ингибиторов энтеропатогенной адгезии E. coli» . Журнал микробиологических методов . 184 : 106201. DOI : 10.1016 / j.mimet.2021.106201 . PMID 33713725 . 
  38. ^ Кимура К, Iwatsuki М, Нагаи Т, Мацумото А, У Такахаши, Shiomi К, и др. (Февраль 2011 г.). «Низкомолекулярный ингибитор системы секреции бактерий 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 [ править ]

  • Мгновенное представление о химии инъекций от Королевского химического общества
  • Взаимодействие «хозяин-патоген» у Pseudomonas syringae pv. помидор и растение томата, приводящие к бактериальной пятнистой болезни.