II型分泌系セクレチンのin situ構造から解明される膜移行過程

Nature Communications volume 14、記事番号: 4025 (2023) この記事を引用

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この記事に対する著者の訂正は 2023 年 8 月 10 日に公開されました

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GspD セクレチンは、下痢やコレラなどの重篤な疾患を引き起こすさまざまな毒素を分泌する細菌 II 型分泌系 (T2SS) の外膜チャネルです。 GspD はその機能を発揮するために内膜から外膜へ移動する必要があり、このプロセスは T2SS が組み立てられるために不可欠なステップです。 ここでは、大腸菌でこれまでに発見された 2 種類のセクレチン、GspDα と GspDβ を調査します。 電子クライオトモグラフィーのサブトモグラム平均化により、転座過程における GspDα と GspDβ の重要な中間状態のその場構造を 9 Å ～ 19 Å の分解能で決定します。 我々の結果では、GspDαとGspDβは全く異なる膜相互作用パターンとペプチドグリカン層の移行方法を示しています。 このことから、我々は GspDα と GspDβ の膜移行に関する 2 つの異なるモデルを仮説化し、T2SS セクレチンの内膜から外膜への生合成に関する包括的な展望を提供します。

細菌の細胞エンベロープに位置するタンパク質複合体である分泌系は、細菌によって生存と病原性を促進する毒性関連基質を生成するために利用されます1。 分泌系の中でも、II 型分泌系 (T2SS) は、非病原性大腸菌 (大腸菌)、腸毒素原性大腸菌 (ETEC)、腸内病原性大腸菌 (EPEC)、ビブリオ菌などのプロテオバクテリア種に広く存在し、機能しています。コレラ菌、肺炎桿菌、エロモナス・ハイドロフィラ2。 非病原性細菌の T2SS 基質は、環境からの栄養素の吸収や植物や動物との共生を促進する可能性がありますが、病原性細菌の場合、T2SS 基質は宿主への接着を助け、宿主細胞を中毒させ、宿主の免疫を抑制することで、さまざまな疾患を引き起こす可能性があります 3。 T2SS の基質機能は多様であり、病原性や疾患と密接な関連性があるため、その構造と作用メカニズムを知ることは、細菌の機能を理解し、抗菌戦略を開発するために必要です。

T2SS の外膜成分はセクレチンであり、大きなチャネル構造を構成し、内膜上のタンパク質足場に接続し、基質輸送の最終段階を制御します2。 プロテオバクテリア種からの T2SS セクレチンの系統解析により、2 つのタイプが証明されました。1 つはクレブシエラとディッケヤに見られるクレブシエラ型セクレチンです。 ビブリオ、ETEC、EPEC4 に見られるビブリオ型セクレチン。 2 つのセクレチン タイプの構造は両方とも、N0 ～ N3 ドメイン、中央ゲート領域を持つセクレチン ドメイン、および S ドメインを含む円筒形のチャネルとして現れます5、6、7、8、9、10。 しかし、膜貫通領域では異なります。ビブリオ型セクレチンは、α7 ヘリックスとα8 ヘリックスの間に約 20 個の追加アミノ酸を持ち、屋根のようにチャネルの中心軸に向かって上向きおよび内側に伸びるループを形成し、キャップ ゲートを構成します。一方、クレブシエラ型セクレチンにはキャップゲートがありません5、6、7、8、9、10。 これは、2 つのセクレチン タイプの提案されている膜貫通領域の高さの違いを直接引き起こし、膜との相互作用に異なる方法を与える可能性があります。 T2SS の in situ 構造はレジオネラ ニューモフィラで視覚化されており、T2SS の構造とセクレチンの膜相互作用が示されています 11。 ただし、解像度は数ナノメートルに制限されているため、構造をより詳細に観察することは困難です。 in situ でセクレチンの高解像度構造を研究することで、細胞環境で発生する可能性のある生物学的プロセスが明らかになり、セクレチンの構築プロセスとメカニズムについてのより完全な理解が得られる可能性があります。 この環境は in vitro で正確にシミュレートすることができず、セクレチンの挙動に重大な影響を与える可能性があります。