Фимбрии шаперона-ашера - Chaperone-Usher fimbriae

Шаперон-ашерские фимбрии (CU) являются линейный, неразветвленный, внешняя мембрана пили секретно грамотрицательные бактерии через систему сопровождающих, а не через секреция IV типа или внеклеточные системы нуклеации. Эти фимбрии построены из модульных субъединиц пилуса, которые транспортируются в периплазму в Сек зависимый образ. Секретируемые фимбрии шаперона-помощника важны патогенность факторы, способствующие хозяину колонизация, локализация и биопленка образование у клинически важных видов, таких как уропатогенный кишечная палочка и Синегнойная палочка.

Структура

В общем и целом

Все системы сопровождающих / сопровождающих находятся в пределах кластеры генов состоящий как минимум из помощник, а сопровождающий и одну или несколько субъединиц фимбрий.[1] В целом система включает периплазматический шапероны, периплазматические и внеклеточный субъединицы пилуса, димерные поры наружной мембраны и связанные с ними механизмы Sec. Подразделения пилуса полимеризовать через не-ковалентный взаимодействие с образованием зрелой пилуса, которая состоит из клей Подсказка, спиральный тело и основание, привязанное к билетеру. Система P-pilus (pap) является одной из наиболее охарактеризованных и показана ниже.[2]

Схематический обзор системы паперона-помощника, показывающий все субъединицы и их организацию. PapD - компаньон; PapC - помощник; ПапА и остальные субъединицы образуют саму фимбрию.

Структура и функции Usher

Ашер образует поры внешней мембраны и функционирует in vivo как димер, хотя в каждый момент времени активен только один из помощников. Пора-активатор (PapC) образована 24-нитевым бета-стволом с 4 дополнительными доменами: N-концевым доменом (NTD), доменом Plug и двумя C-концевыми доменами (CTD1 и CTD2 соответственно). Функции NTD и CTD заключаются в том, чтобы доставлять комплексы шаперон / субъединица в растущие пилусы и облегчать перемещение через поры.[3] Домен пробки препятствует преждевременному формированию ворсинок и может располагаться либо внутри поры, либо на периплазматической стороне мембраны. В активном димерном проводнике один из них имеет заглушку, расположенную периплазматически, а другой - внутри поры транслокации.[4]

Структура и функции шаперона

Периплазматический шаперон (PapD) имеет структуру «бумеранг», образованную иммуноглобулином (Ig) подобной складкой с существенным C-концевым удлинением (G1). Эта складка образована 13 β-тяжами (A1-G1) и 4 короткими α-спиралями. Шапероны принадлежат к одному из двух семейств в зависимости от длины петли, соединяющей бета-цепи F1 и G1. Шапероны с длинными петлями - это FGL, а шапероны с короткими петлями - это FGS. Шаперон функционирует, чтобы остановить агрегацию и деградацию субъединиц пилуса, связывая их области сопряжения и облегчая правильную укладку белков перед их переносом в комплекс usher / fimbriae.[5]

Структура и функция субъединицы пилина

Главный белок пилина PAP, гомо13мер PapA, вид сверху, E.Coli.

Структура субъединицы пилуса также имеет Ig-подобную складку, но с существенным N-концевым удлинением, а не с C-концевым удлинением. Поскольку это N-концевое удлинение представляет собой ту же β-цепь, которая в норме завершает складку Ig, в зрелой субъединице (P1-P5) образуется большая гидрофобная щель, эта щель важна как для биогенеза пилуса, но также требует шаперона для стабилизации структура.[6] Конкретные субъединицы могут иметь дополнительные домены, например papG имеет адгезивный лектиновый домен. Субъединицы пилуса in vivo формируют основную часть спирального пилуса (приблизительно 3,28 субъединицы на оборот) и адгезивную головку.

Биогенез

Биогенез пилуса протекает через механизм комплементации цепи, этот механизм функционирует как прямое следствие структур как шаперонов, так и субъединиц пилуса. Как G1-удлинение шаперона, так и N-концевое удлинение субъединиц пилуса могут связываться с гидрофобной щелью P1-P5. Когда G1 связан, он связывается в параллельной конформации, стабилизирующей структуру субъединицы, но не образует истинную складку Ig (которая является антипараллельной). Он также связывает щель только с сайтов P1-P4, оставляя открытым карман P5. Когда другая субъединица связывает гидрофобную щель, она связывается антипараллельным образом P5-P2, создавая наиболее энергетически благоприятную конформацию истинной Ig-складки.[1]Когда комплекс шаперон / субъединица доставляется к растущему комплексу шаперон / пилис (обратите внимание, что комплекс шаперон / субъединица формирует его основу), NTD и CTD димера-ашера переносят и удерживают комплекс шаперон / субъединица к основанию пилуса. Здесь N-концевое расширение субъединицы взаимодействует со свободным карманом P5 пилуса. Это связывание вызывает «расстегивание» остатка цепи G1 шаперона с одновременным «застегиванием» N-концевого удлинения комплекса шаперон / субъединица, неизвестное как механизм zip in-zip out.[2] Как только шаперон был перемещен, он диффундирует обратно в аппарат sec, чтобы связать другую появляющуюся субъединицу пилуса. Затем при использовании CTD более длинные ворсинки перемещаются через поры транслокации на один остаток до тех пор, пока шаперон не окажется в тесной связи с проводником. Эта транслокация сочетается с небольшим вращением, придающим пилусу спиральную структуру. Этот рост продолжается до тех пор, пока конечная субъединица не свяжет пилус (если таковая существует), а конечные субъединицы не имеют кармана P5 и, таким образом, почти необратимо свяжут свой шаперон. Поскольку активатор может перемещать только субъединицы пилуса, а не комплексы шаперон / субъединица, и тот факт, что шаперон не может быть энергетически вытеснен другой субъединицей (из-за отсутствия P5), эта завершающая субъединица прикрепляет пилус к внешней мембране и остановить дальнейший рост ворсинок.[1]

Номенклатура и классификация

Исторически классификация фимбрий производилась на основе их внешнего вида под микроскопом, создавая 4 класса: афимбрии, фимбрии 1 типа, пучкообразующие (тип IV) пилусы и курли. Однако этот тип классификации не дает никакой степени родства и, таким образом, был заменен филогенетической системой. В фимбриях шаперона / ашера существует два типа классификации: на основе типа присутствующего помощника или на основе типа присутствующего шаперона. Как было сказано ранее, существует два типа шаперона; FGL и FGS, и это основа классификации шаперонов. Все шапероны FGL связаны с афимбриальной секрецией, а все шапероны FGS связаны с фимбриальной секрецией. Использование ашера в качестве основы классификации формирует 5 классов: альфа, бета, гамма, пи и сигма, и четыре подкласса: гамма 1-4. Названия бета- и гамма-кладов даны просто в алфавитном порядке, в то время как остальные названы по определяющей характеристике: альфа для альтернативного семейства шаперонов / помощников; пи для P-пилуса (связанный с пиелонефритом); и сигма для ворсинок спорового покрова из Myxococcus xanthusВсе шапероны FGL находятся в субкладе гамма-3, все остальные клады и субклады относятся к FGS.[7]

Патогенность

Фимбрии шаперона / ашера играют множество ролей на многих стадиях патогенности у нескольких видов. Наиболее хорошо изучены роли в адгезии, уклонении от врожденного иммунитета и локализации. Адгезии способствует лектиновый домен на кончике шаперонных / usher фимбрий, этот домен FimH хорошо изучен. FimH является первой субъединицей ворсинок типа I у таких видов, как UPEC, и связывается с D-маннозилированными остатками в мочевом пузыре, обеспечивая адгезию и колонизацию патогенов. Иммунному уклонению также способствует адгезин на кончике, например связывание фактора ускорения распада (DAF) фимбриями клады гамма3 ингибирует эффективную активацию комплемента. Локализация может быть выполнена путем последовательной экспрессии различных систем шаперонов / помощников. Большинство видов патогенных бактерий экспрессируют более одного типа системы шаперон / ашер, например, в Синегнойная палочка существует пять различных систем. UPEC экспрессирует как фимбрии типа 1, так и P-пилус (pap), которые он экспрессирует последовательно, возможно, для облегчения миграции из мочевого пузыря (фимбрии типа I) в почки (pap). Это значение с точки зрения патогенности делает систему шаперон / ашер привлекательной цель для новых лекарственных препаратов. Путем нацеливания на патогенность вместо организма (в случае обычных антибиотиков) снимается сильное давление отбора для развития резистентности. В случае UPEC были достигнуты определенные успехи в клинических испытаниях пилицида (остановка образования ворсинок) и в разработке эффективной вакцины для мышей и яванских макак на основе комплекса FimCH.[8]

использованная литература

  1. ^ а б c Буш А. и Ваксман Г. (2012). «Пути шаперона-помощника: разнообразие и механизм сборки пилуса». Философские труды Лондонского королевского общества B. 367: 1112–1122. Дои:10.1098 / rstb.2011.0206. ЧВК  3297437. PMID  22411982.
  2. ^ а б Халтгрен С.Дж. и Ваксман Г. (2009). «Структурная биология шаперон-ашерного пути биогенеза пилуса». Обзоры природы Микробиология. 7 (11): 765–774. Дои:10.1038 / nrmicro2220. ЧВК  3790644. PMID  19820722.
  3. ^ Ветш М. и др. (2006). «Механизм сборки волокна по пути шаперон-помощник». EMBO отчеты. 7: 734–738. Дои:10.1038 / sj.embor.7400722. ЧВК  1500831. PMID  16767077.
  4. ^ Phan G, et al. (2011). «Кристаллическая структура помощника FimD, связанного с родственным ему субстратом FimC-FimH». Природа. 474: 49–53. Дои:10.1038 / природа10109. ЧВК  3162478. PMID  21637253.
  5. ^ Зауэр Ф. и др. (1999). «Структурные основы функции шаперона и биогенеза пилуса». Наука. 285 (5430): 1058–1061. Дои:10.1126 / science.285.5430.1058. PMID  10446050.
  6. ^ Verger D, et al. (2007). "Кристаллическая структура субъединицы P-пилуса rob PapA". PLOS ONE. 3: e73. Дои:10.1371 / journal.ppat.0030073. ЧВК  1868955. PMID  17511517.
  7. ^ Nuccio SP и др. (2007). "Эволюция пути сборки шаперона / помощника: фимбриальная классификация идет по греческой". Обзоры микробиологии и молекулярной биологии. 71: 551–575. Дои:10.1128 / MMBR.00014-07. ЧВК  2168650. PMID  18063717.
  8. ^ Беата М. и др. (2011). "Инфекции мочевыводящих путей кишечная палочка штаммы шаперон-ашерской системы ". Польский микробиологический журнал. 60: 279–285.