Bakteryjne systemy sekrecji

Bakteryjne systemy sekrecji
Agnieszka Tudek
Transport białek u bakterii gramdodatnich
Transport białek u bakterii gramujemnych
Transport odbywa się jedno- lub dwuetapowo
Szczegółowo opisano ponad pięć systemów sekrecji
Poszczególne systemy mogą ze sobą współpracować
W zależności od typu systemu sekrecyjnego, przenoszone są białka natywne
lub niepofałdowane
Białka niektórych systemów wykazują podobieństwo do białek strukturalnych
pilusów i fimbrii
Numeracja systemów odzwierciedla kolejność ich odkrycia, a nie znaczenie
funkcjonalne
Transport dwuetapowy - droga GSP, systemy sekrecji II i V,
system TAT
TAT – twin-arginine translocation, Mtt – membrane targeting and transport
Transport jednoetapowy – systemy sekrecji I, III i IV
Typ I sekrecji
Białka budujące system sekrecji (z
wyjątkiem białek MFP) i wydzielane
białko stanowią wspólną jednostkę
transkrypcyjną.
Podobne systemy są odnajdywane
na plazmidach i wyspach
patogenności.
Przykładowe białka efektorowe:
toksyny z gr. RTX, lipazy,
hemoproteiny, proteazy,
bakteriocyny., hemolizyna HlyA E.
coli UPEC.
Sekwencja sygnałowa nie jest
najczęściej odcinana.
Białka budujące pory w zewnętrznej
błonie pozwalają na niespecyficzny
transport wielu białek.
Transport jednoetapowy – systemy sekrecji I, III i IV cd.
Typy III i IV sekrecji
Ulegają ekspresji w odpowiedzi na specyficzne czynniki środowiska. Sekrecji ulega wiele
białek na raz. Większość genów tych systemów sekrecji znajduje się na plazmidach lub
wyspach patogenności. Mogą współpracować z drogą GSP.
Typ III
Typ IV
Wykazuje homologie do
rzęsek komórkowych.
Sekrecji ulegają białka –
peptyd sygnałowy na N
końcu białka między 15 a
100 aa, może istotna jest też
sekwencja 5’ mRNA.
Wykazuje homologie do
pilusów typu IV – typ IVA
pochodzi od systemu vir A.
tumefaciens i systemu
koniugacyjnego plazmidów
IncP; typ IVB od syst. kon.
plazmidów IncI.
Transportowane białka
często tworzą kompleksy z
białkami opiekuńczymi.
Sekrecji ulegają natywne
białka, peptydoglikan,
kompleksy DNA-białko.
Białka efektorowe są
specyficzne gatunkowo.
,,molekularna strzykawka”
Przykład: transport T-DNA
do kom. roślinnych prze A.
tumefaciens, białka Ptl u B.
pertussis transportujące
toksynę.
System sekrecji typu VI
Historia odkrycia
Genom Legionella pneumophila zawiera dwa zestawy genów (klastry) oznaczone: dot
(defect in organelle traffiecing) oraz icm (intracellular multiplication), które kodują system
sekrecji typu IVB. Umożliwia on przeżycie w fagosomie, poprzez zahamowanie jego fuzji
z lizosomem.
Pojedyncze geny tego systemu – icmF i dotU są odnajdywane w wielu genomach
Proteobacteria. Ich otoczenie genetyczne jest konserwowane, ale nie wykazuje homologii
do systemu sekrecji typu IV.
Gatunki, u których wykryto obecność T6SS:
Rhizobium leguminosarum – opisano nowy system sekrecji, blokujący tworzenie brodawek
w Pisum sativum i Vicia hirsuta w szczepie RBL 5523.
Vibrio cholerae – opisano klaster genów, zawierający icmF, którego uszkodzenie
powodowało atenuacje serotypu O37.
Salmonella enterica – delecja wyspy sci upośledza internalizację Salmonella.
Pseudomonas aeruginosa – T6SS umożliwia rozwój chroniznych infekcji płuc.
Większość genów T6SS jest eksprymowana in vivo, w odpowiedzi na specyficzne warunki
środowiska, np. temperaturę. Duża część genów pozostaje pod kontrolą globalnych
regulatorów lub posiada promotory zależne od alternatywnych podjednostek sigma (np. 54).
Składniki systemu sekrecji typu VI
Klastry T6SS zawierają zazwyczaj 12-25 genów, spośród których jedynie icmF i dotU
należą także do innego systemu sekrecji (T4SSB). Funkcja większości genów jest nieznana,
niektóre zawierają domeny o znanej funkcji.
IcmF
Białko błonowe – zawiera kilka domen transmembranowych oraz motyw więżący
nukleotydy typu Walker A.
DotU
Posiada domenę transmembranową na C-końcu.
DotU i IcmF lokalizują się w wewnętrznej błonie, są jedynymi składnikami T6SS, które
posiadają domeny transmembranowe. Białka te oddziałują ze sobą, stanowiąc rdzeń T6SS –
brak któregokolwiek z nich zaburza składanie aparatu sekrecyjnego.
Składniki systemu sekrecji typu VI
ClpV
Białka stanowiące składnik T6SS stanowią podrodzinę ClpV w obrębie rodziny ClpB i
nadrodziny ATPaz Clp/Hsp100.
Rodzina ClpB:
ATPzay tworzące heksameryczny pierścień. Posiadają aktywność proteolityczną.
Uczestniczą w kontroli jakości białek.
Podrodzina ClpV:
Nie posiadają aktywności proteolitycznej. Wykazują inną swoistość substratową niż ClpB.
Ich funkcja w systemie T6SS nie jest do końca ustalona:
1. Poprzez rozfałdowanie białka przyczyniają się do składania aparatu sekrecyjnego lub
zapoczątkowują sekrecję białka.
2. Dostarczają energii niezbędnej do transportu białka.
Ponieważ nie wszystkie gatunki posiadają ATPazę ClpV w obrębie klastru genów T6SS,
postuluje się, że energia do transportu może pochodzić z siły protomomotorycznej.
Lipoproteina błony zewnętrznej
Białko o nieznanej funkcji
Składniki systemu sekrecji typu VI
Hcp
Gen hcp koduje białko o przewidywanej wielkości 28 kDa, jego produkt wędruje na
wysokości odpowiadającej 18-19 kDa.
Nie zawiera peptydu sygnałowego, ale przewiduje się że to Hcp jest białkiem
efektorowym T6SS, ponieważ u pacjentów z mukowiscydozą, zainfekowanych przez P.
aeruginosa, białko jest odnajdywane w śluzie z płuc, a w osoczu znajduje się przeciw
niemu skierowane przeciwciała.
Mutanty icmF i clpV akumulują Hcp w peryplazmie – nieznany jest mechanizm transportu.
Białko tworzy heksameryczne pierścienie z otworem o wielkości 4 nm.
Funkcja białka jest nieznana. Postuluje się, że może ono być elementem strukturalnym
T6SS zlokalizowanym na samej powierzchni komórki.
Składniki systemu sekrecji typu VI
VgrG
Białka VgrG po raz pierwszy opisano jako białka z rodziny Rhs (recombinant hot spot
family), których geny mają charakterystyczny układ.
VgrG są dużymi hydrofilowymi białkami, zawierającymi powtórzenia Val-Gly oraz
dodatkowe domeny odpowiedzialne za specyficzne właściwości poszczególnych
przedstawicieli rodziny.
Białka VgrG są uważane za efektory systemu T6SS.
V. cholerae: VgrG1 C-koniec białka jest podobny do toksyny RtxA i powoduje
polimeryzacje aktyny. VgrG2 – brak domeny funkcjonalnej. VgrG3 – domena wiążąca
peptydoglikan.
Białka VgrG mają konserwowaną domenę podobną do białek gp5 i gp27 faga T4,
służących do dziurawienia osłon komórkowych. Potwierdzono, że VgrG tworzą homo- i
heterotrimery.
Przypuszcza się, że VgrG wraz z Hcp mogą stanowić terminalny element strukturalny
T6SS, a ich obecność w środowisku hodowlanym jest artefaktem.
Składniki systemu sekrecji typu VI
T6SS zazwyczaj zawierają kinazy i fosfatazay Ser/Thr
Postuluje się udział kinaz i fosfataz w kontroli składania i aktywności T6SS w
odpowiedzi na zmianę warunków środowiska.
W systemie T3SS Yersinia kinaza Ser/Thr YpkA jest efektorem – możliwe, że taka
sytuacja ma miejsce i w T6SS.
Fha1
Białko z domeną FHA (forkhead-associated), która ma powinowadztwo do
fosfotreoniny. Podobne białka są częścią szlaków transdukcji sygnału.
Model kontroli składania kompleksu T6SS u P. aeruginosa.
Model organizacji aparatu sekrecji T6SS
Dziękuję za uwagę