Эффектор P. aeruginosa Tse5 образует мембранные поры, нарушая мембранный потенциал интоксицированных бактерий.

Биология связи, том 5, Номер статьи: 1189 (2022) Цитировать эту статью

1553 Доступа

2 цитаты

3 Альтметрика

Подробности о метриках

Система секреции типа VI (T6SS) Pseudomonas aeruginosa вводит эффекторные белки в соседние конкуренты и клетки-хозяева, обеспечивая преимущество в приспособленности, которое позволяет этому оппортунистическому нозокомиальному патогену персистировать и преобладать во время начала инфекции. Однако, несмотря на высокую клиническую значимость P. aeruginosa, идентичность и механизм действия большинства T6SS-зависимых эффекторов P. aeruginosa еще предстоит выяснить. Здесь мы сообщаем о молекулярном механизме Tse5-CT, токсичного аутопротеолитического продукта экспортируемого эффектора Tse5 P. aeruginosa T6SS. Наши результаты показывают, что Tse5-CT представляет собой порообразующий токсин, который может транспортировать ионы через мембрану, вызывая деполяризацию мембраны и гибель бактерий. Мембранный потенциал регулирует широкий спектр основных клеточных функций; следовательно, деполяризация мембраны является эффективной стратегией конкуренции с другими микроорганизмами в полимикробной среде.

Бактерии обычно объединяются, образуя полимикробные структуры, называемые биопленками1,2, где они часто конкурируют с другими микроорганизмами за пространство и питательные вещества. В этом контексте многие грамотрицательные бактерии используют систему секреции типа VI (T6SS) для доставки токсичных эффекторов близким конкурентам, чтобы либо убить их, либо подорвать их ключевые биологические функции. Таким образом, T6SS обеспечивает бактериям эволюционное преимущество, которое позволяет им процветать и успешно колонизировать ниши3,4,5. T6SS собирается внутри бактерий из 14 основных компонентов, родственных хвостовым белкам бактериофага T45,6,7,8,9,10,11. Механизм инъекции активируется сокращением оболочки TssBC (также известной как VipAB)10,12,13, которая инкапсулирует трубчатую структуру Hcp. Трубка Hcp увенчана кончиковым комплексом VgrG-PAAR, который, как полагают, облегчает прокол мембран продуцентов и клеток-мишеней при сокращении оболочки TssBC9,10. Эффекторы T6SS либо инкапсулированы внутри трубочки Hcp14, либо связаны с концевым комплексом VgrG-PAAR15. Кроме того, существуют и другие эффекторы в виде доменов расширения на белках VgrG16,17,18, Hcp19 или PAAR10. Важно отметить, что бактерии, имеющие специфический антибактериальный эффектор T6SS, также кодируют соответствующий родственный белок иммунитета, который специфически связывается с эффектором, тем самым нейтрализуя его токсичность20.

P. aeruginosa содержит в своем геноме три независимых кластера T6SS (H1, H2 и H3-T6SS)21,22. Известные эффекторы, доставляемые с помощью H1-T6SS, обладают антипрокариотической активностью, направленной на: (i) пептидогликан клеточной стенки (Tse1: активность пептидазы23,24 и Tse3: активность мурамидазы25,26), (ii) мембрану (Tse414,27), ( iii) НАД(P)+ (Tse6: активность гликогидролазы28), (iv) ДНК (Tse7: активность ДНКазы29) и (v) биосинтез белка (Tse830). Более того, ключом к расшифровке роли эффекторов T6SS является понимание механизмов его регуляции. Бактерии разработали разные стратегии использования своего T6SS. В то время как некоторые штаммы Vibrio cholerae собираются и запускают свой аппарат в случайных местах клетки, P. aeruginosa PAO1 использует H1-T6SS более защитно, собирая и запуская его только там, где он обнаруживает атаку другой бактерии31,32,33,34 ,35,36,37. Следовательно, хотя V. cholerae уступает в конкуренции с P. aeruginosa, когда оба организма имеют функционирующий T6SS, P. aeruginosa не убивает T6SS-отрицательный штамм V. cholerae36. Этот защитный механизм наблюдался в совместных культурах P. aeruginosa с другими видами бактерий T6SS+, включая Acinetobacter baylyi или Burkholderia thailandensis36,38,39, и был назван ответным ответом T6SS36.

В настоящем исследовании мы изучаем Tse5 (PA2684), H1-T6SS-зависимый эффектор, консервативный среди штаммов P. aeruginosa, выделенных от пациентов с муковисцидозом и бронхоэктазами40. Две лаборатории14,41 почти одновременно обнаружили Tse5. Тем не менее, механизм его действия остается неясным. Было продемонстрировано, что Tse5-CT токсичен при экспрессии в цитоплазме Escherichia coli41 и при направлении на ее периплазму14. Tse5 связывается с VgrG4 (PA2685, также известным как VgrG1c) для H1-T6SS-зависимой доставки в клетки-мишени14,41. Более того, клетки, продуцирующие Tse5, защищают себя от интоксикации родственным белком иммунитета Tsi5 (PA2683)14,41. Tsi5 содержит две предсказанные трансмембранные области. Более того, эксперименты по субклеточной локализации и вестерн-блот-анализ показали, что он фракционируется с цитоплазматической мембраной клеток E. coli, экспрессирующих Tsi5, что подтверждает гипотезу о том, что Tsi5 является интегральным мембранным белком41.