Головна
Реферати » Реферати з біології » Бактеріальна система секреції білків першого типу

Бактеріальна система секреції білків першого типу

гемопротеинов S. marcescens, званий HasF, є у високій мірі ідентичним з TolC E. сoli. Для відтворення секреції HasА у E. сoli необхідна наявність в якості ОМР або TolC, або HasF, або PrtF. Такі гібридні секреторні системи функціонують як для секреції HasA, так і для секреції протеази. Це є типовим прикладом комплементації ОМР
(R. Binet et al., 1997). Зокрема, ступінь гомології між компонентами системи секреції ліпази S. marcescens, білками lipB, lipC, lipD і компонентами транспортера металопротеази Er. chrysanthemi PrtD, PrtE, PrtF становить 45-55%. А гомология між LipB і LipC, і HasD, і HasE у S. marcescens становить 45-53%. Ці показники вважаються досить високими
(H. Akatsuka et al., 1998). Однак було виявлено, що не всі комбінації між компонентами гібридних секреторних систем є активними. Так,
HasE формує активні експортери і з PrtF, і з TolC, тоді як PrtE може формувати активний експортер тільки з PrtF, але не з TolC. Дослідження цих мультібелкових комплексів in vitro підтвердили існування деяких функціональних відмінностей між HasE і PrtE. Отримані результати можуть бути корисними при визначенні сайтів, відповідальних за зв'язування MFP і OMP (H.
Akatsuka et aj., 1998).

З іншого боку, дослідження in vivo і in vitro показують, що HasD і
PrtD можуть утворювати активні секреторні системи з PrtE і HasE в будь-яких комбінаціях (H. Akatsuka et al., 1998).

Також були проведені дослідження з вивчення секреції ліпази LipA S. marcescens допомогою систем LipB-LipC-LipD і HasD-HasE-HasF. У результаті дослідів було з'ясовано, що HasD-HasE-HasF-транспортер здійснює секрецію
LipA так само ефективно, як і LipB-LipC-LipD. LipB-HasE-HasF-система могла виробляти секрецію LipA, але не була здатна секретувати HasA, система
HasD-Lip-CLipD не була спроможна до секреції обох субстратів (H. Akatsuka et al., 1998 ).

У разі експериментів з системами секреції ліпази LipA S. marcescens і металопротеази PrtC E. ??chrysanthemi були отримані подібні результати, наведені в таблиці:

Таблиця 1

Ефективність гібридних систем секреції (по H. Akatsuka et al., 1998).

Не всі комбінації компонентів привели до формування ефективних систем секреції. Отримані результати дозволили зробити деякі конкретні висновки. Зокрема, що PrtD-PrtE-LipD-система не здатна експортувати ні LipA, ні PrtC, в той час як, LipB-LipC-PrtF-система виявилася настільки ж функціональної для LipA секреції в E. coli як і в S. marcescens. PrtE може взаємодіяти тільки з PrtF, тоді як HasE і
LipC показують більш широкі можливості зв'язування з різними білками.
Було також встановлено, що PrtD не може асоціюватися з LipC, а LipB-
PrtE-PrtF-система є дуже неефективною відносно експорту LipA і
PrtС (H. Akatsuka et al., 1998).

У ході досліджень було встановлено вплив шаперона SecB на процес секреції HasA у S. marcescens. Точне його значення на даний момент не встановлено, але було показано, що інактивація цього шаперона призводить до блокування секреції HasA (P. Delepelaire et al., 1998).

До теперішнього часу встановлено будову систем секреції першого типу у багатьох мікроорганізмів, деякі з них наведені в таблиці 2. Проте залишається досить велика кількість секреторних систем неповного складу, для яких залишаються нез'ясованими або деякі компоненти, або субстрати (MJ Fath еt al., 1993).

Таблица2
Деякі системи секреції першого типу (по MJ Fath еt al., 1993).

ABC-транспортери

Сімейство АВС-транспортерів включає в себе специфічні АТФ-зв'язуючі білки-транслокатора. У 1993 році MJ Fath (M. Fath еt al., 1993) запропонував класифікувати їх на три групи: еукаріотичні АВС-транспортери, бактеріальні АВС-іпортери та бактеріальні АВС-експортери, на рис.2 представлена ??будова деяких з них. Характерно, що ABC-білки є консервативними і здійснюють трансмембранний перенос великої кількості субстратів як в прокариотических, так і в еукаріотичних клітинах. Вони найбільш часто складаються з двох закріплених в мембрані гідрофобних і двох консервативних гідрофільних АТФ-зв'язуючих доменів. Ці домени можуть бути як частинами одного поліпептиду, так і декількох окремих поліпептидів. У дослідах in vitro було показано, що в ряді випадків цих чотирьох доменів одного або декількох поліпептидів виявляється досить для здійснення трансмембранного переміщення розчинів. І все ж більшість бактеріальних ABC-транспортних систем включає в себе різні додаткові білки. Цими додатковими білками є MFP і OMP (R. Binet et al., 1997).

АВС-імпортери мають будову, подібну з усіма іншими представниками транспортних АТФ-аз. Але при утворенні транспортної системи вони приєднують інші компоненти. У системах, які здійснюють імпорт, відсутні характерні для системи першого типу OMP і MFP. Замість них присутній особливий периплазматических білок, який зв'язується з імпортованим субстратом і надає його АТФ-азе для безпосереднього перенесення (M. Fath еt al., 1993).

Крім АВС-експортерів, які здійснюють транспорт білків, в бактеріальних клітинах існує велика група АВС-експортерів, що виконують транспорт небілкових субстратів, наприклад, полісахаридів і іонів. Характерною особливістю цих переносників є те, що вони самі утворюють активну транспортну систему і не вимагають ніяких додаткових білків. Транспорт в цьому випадку здійснюється не в позаклітинний простір, а в періплазму (M. Saier, 2000).

Подібні АВС-транспортери виявлені як в клітинах грампозитивних і грамнегативних бактерій, так і в еукаріотичних клітинах (M. Fath еt al., 1993).

Рис. 2. Будова АВС-транспортерів (по M. Fath еt al., 1993).

Організація генів, що кодують компоненти системи секреції першого типу

Як правило, гени, що кодують всі три компоненти системи, організовані в один оперон, звичайно разом з генами, що кодують секретується білок. Наприклад, гени, що кодують чотири подібних за будовою металопротеази E. chrysanthemi: PrtA (50кДа), PrtB (53 кДа), PrtC (55 кДа), PrtG (58 кДа) організовані в один оперон з генами, що кодують всі три компоненти системи їх секреції: PrtD (ABC-транспортер), PrtE (MFP), PrtF (OMP). У випадку з E. coli, ген hlyA, що кодує?-Гемолізини, об'єднаний з генами hlyB і hlyD, кодирующими відповідно ABC-транспортер і MFP. Так само справа йде і у
S. marcescens. Ген hasA, що кодує позаклітинний гемопротеинов, організований в один оперон з генами hsaD (ABC-транспортер) і hasE (MFP). У цих двох випадках ген, що кодує OMP, у єдиний оперон не включається і міститься окремо. Крім того, у S. marcescens виявлений оперон, який містить лише гени, які детермінують компоненти системи секреції і жодного гена, відповідального за синтез експортних білків. Він містить три гени: lipB (ABC-транспортер), lipC (MFP), lipD (OMP) (H. Akatsuka et al., 1998). Був виявлений також ряд оперонов, які містять гени, що не відносяться ні до системи секреції, ні є генами секретується білків. Ці гени кодують білки, які тим чи іншим чином виконують регуляторну функцію
(M. Fath еt al., 1993).

Організація Hly-оперона і деяких інших оперонов представлена ??на рис.
3. Ген hlyA кодує 1023 амінокислоти?-Гемолизина (HlyA), hlyB кодує
707 амінокислот ABC-транспортера (HlyB), hlyD кодує 477 амінокислот MFP
(HlyD), і hlyC кодує 170 амінокислот білка, який не має секреторної функції, але полегшує активацію HlyA. Ген tolC, що кодує 495 амінокислот OMP (TolC) в цей оперон не включається і міститься окремо.

На даний момент виявлені і розшифровані Оперон систем секреції першого типу багатьох мікроорганізмів (M. Fath еt al., 1993).

Рис. 3. Опероном організація генів, що кодують компоненти системи секреції I типу деяких бактерій. Зверху вниз: система секреції? - Гемолизина E. coli, протеаз E. chrysanthemi, колицина V E. coli, субтіліна
B. subtilis, капсулярного полісахариду E. coli (по M. Fath еt al. , 1993).

Сигнальні послідовності субстратів

Субстрати, секретуються допомогою системи секреції першого типу, не мають сигнальних аміно-кінцевих послідовностей. Замість них є карбокси-кінцеві секреторні сигнали, розташовані в межах останніх
60 амінокислотних залишків, вперше виявлені на?-Гемолізини. В експериментах з протеазой PrtG E. chrysanthemi було встановлено, що найменша карбокси-кінцева послідовність, що дозволяє почати ефективну секрецію, містить останні 29 амінокислот PrtG, крім того, низька, але все ж суттєва секреція може бути індукована останніми
15 амінокислотами PrtG (R. Binet et al., 1997). Крім того, було показано, що карбокси-кінцева сигнальна послідовність, що складається з негативно заряджених амінокислотних залишків, є консервативною для гомологічних протеаз. Порівняння послідовностей показало, що протеази і ліпази теж мають дуже подібні карбокси-кінцеві послідовності. Однак важливим є той факт, що гомология послідовностей цих сполук є неповною. А ось секреторні сигнали протеаз і різного роду токсинів є дуже різними і специфічними, крім того, комплементація між компонентами систем секреції цих двох сімейств білків є дуже незначною. Тим не менше, кожен сигнал може індукувати секрецію чужорідного білка за допомогою свого специфічного транспортера (R. Binet et al., 1997).

Вивчення фрагмента карбокси-кінця очищеної протеази G допомогою ЯМР показало, що він являє собою стабільну?-Спіраль, розташовану перед 7 - 8 кінцевими амінокислотними залишками.

При вивченні процесів секреції білків було показано роль особливої ??області, розташованої вище карбокси-кінцевий сигнальної послідовності на більшості експортованих субстратів. Токсини, протеази і ліпази, секретуються системою секреції першого типу, мають таку область, що складається з багатої гліцином послідовності (GGXGXD), яка повторюється 4-36 разів, залежно від білка.

Сторінки: 1 2 3