P. aeruginosa effector Tse5는 중독 된 박테리아의 막 잠재력을 방해하는 막 구멍을 형성합니다.

커뮤니케이션 생물학 5권, 기사 번호: 1189(2022) 이 기사 인용

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녹농균(Pseudomonas aeruginosa)의 VI형 분비 시스템(T6SS)은 이웃 경쟁자와 숙주 세포에 이펙터 단백질을 주입하여 이 기회감염성 병원균이 감염이 시작되는 동안 지속되고 우세할 수 있도록 하는 적합성 이점을 제공합니다. 그러나 P. aeruginosa의 높은 임상적 관련성에도 불구하고 대부분의 P. aeruginosa T6SS 의존성 이펙터의 정체와 작용 방식은 아직 밝혀지지 않았습니다. 여기에서 우리는 P. aeruginosa T6SS 수출 이펙터 Tse5의 독성 자가 단백질 분해 산물인 Tse5-CT의 분자 메커니즘을 보고합니다. 우리의 결과는 Tse5-CT가 막을 통해 이온을 운반하여 막 탈분극과 박테리아 사멸을 일으킬 수 있는 기공 형성 독소임을 보여줍니다. 막 전위는 광범위한 필수 세포 기능을 조절합니다. 따라서 막 탈분극은 다중미생물 환경에서 다른 미생물과 경쟁하기 위한 효율적인 전략입니다.

박테리아는 일반적으로 생물막1,2이라는 복합 미생물 구조를 형성하는 데 관여하며, 공간과 영양분을 놓고 다른 미생물과 자주 경쟁합니다. 이러한 맥락에서 많은 그람 음성 박테리아는 VI형 분비 시스템(T6SS)을 사용하여 경쟁사에게 독성 이펙터를 전달하여 죽이거나 주요 생물학적 기능을 파괴합니다. 따라서 T6SS는 박테리아가 틈새 식민지화에서 번성하고 성공할 수 있도록 하는 진화적 이점을 제공합니다. T6SS는 박테리오파지 T45,6,7,8,9,10,11의 꼬리 단백질과 관련된 14가지 필수 구성 요소로 박테리아 내부에서 조립됩니다. 주입 메커니즘은 Hcp 관형 구조를 캡슐화하는 TssBC 외장(VipAB라고도 함)10,12,13의 수축에 의해 활성화됩니다. Hcp 튜브의 꼭대기에는 VgrG-PAAR 팁 복합체가 있으며, 이는 TssBC 외장 수축 시 생산자와 표적 세포막의 천공을 촉진하는 것으로 알려져 있습니다. T6SS 이펙터는 Hcp 튜브 내에 캡슐화되거나 VgrG-PAAR 팁 복합체와 연결됩니다. 또한 다른 이펙터는 VgrG16,17,18, Hcp19 또는 PAAR 단백질의 확장 도메인으로 존재합니다. 중요한 것은 특정 항균 T6SS 이펙터를 가진 박테리아가 해당 동족 면역 단백질을 암호화하여 이펙터에 특이적으로 결합하여 이펙터의 독성을 중화한다는 것입니다.

P. aeruginosa는 ​​게놈에 3개의 독립적인 T6SS 클러스터(H1, H2 및 H3-T6SS)를 포함합니다. H1-T6SS에 의해 전달되는 알려진 효과기는 (i) 세포벽 펩티도글리칸(Tse1: 펩티다제 활성23,24 및 Tse3: 무라미다제 활성25,26), (ii) 막(Tse414,27), iii) NAD(P)+(Tse6: 글리코하이드롤라제 활성28), (iv) DNA(Tse7: DNase 활성29) 및 (v) 단백질 생합성(Tse830). 또한 T6SS 이펙터의 역할을 해독하는 핵심은 규제 메커니즘을 이해하는 것입니다. 박테리아는 T6SS를 배포하기 위해 다양한 전략을 발전시켜 왔습니다. Vibrio cholerae의 일부 종은 세포의 무작위 위치에서 장치를 조립하고 발사하는 반면, P. aeruginosa PAO1은 H1-T6SS를 보다 방어적으로 사용하여 다른 박테리아의 공격을 감지하는 정확한 위치에서만 H1-T6SS를 조립하고 발사합니다31,32,33,34 ,35,36,37. 결과적으로, V. cholerae는 P. aeruginosa와 두 유기체 모두 기능하는 T6SS를 가질 때 공동배양에서 압도되지만, P. aeruginosa는 ​​T6SS 음성 V. cholerae 균주를 죽이지 않습니다. 이러한 방어 메커니즘은 Acinetobacter baylyi 또는 Burkholderia thailandensis36,38,39를 포함한 다른 T6SS+ 박테리아 종과 P. aeruginosa의 공동배양에서 관찰되었으며 T6SS tit-for-tat 반응이라고 불렸습니다.

본 연구에서는 낭포성 섬유증 및 기관지 확장증 환자로부터 분리된 P. aeruginosa 균주에 보존된 H1-T6SS 의존성 이펙터인 Tse5(PA2684)를 조사했습니다. 두 개의 실험실14,41이 거의 동시에 Tse5를 발견했습니다. 그럼에도 불구하고 그 작용 메커니즘은 아직 파악하기 어렵습니다. Tse5-CT는 대장균(Escherichia coli)의 세포질에서 발현될 때와 주변세포질(periplasm)로 향할 때 독성이 있다는 것이 입증되었습니다. Tse5는 H1-T6SS에 의존하여 표적 세포로 전달하기 위해 VgrG4(PA2685, VgrG1c라고도 함)와 연결됩니다. 더욱이, Tse5 생산 세포는 동족 면역 단백질 Tsi5(PA2683)14,41에 의한 중독으로부터 자신을 보호합니다. Tsi5에는 두 개의 예측된 막횡단 영역이 포함되어 있습니다. 더욱이, 세포하 국소화 실험 및 웨스턴 블롯 분석은 Tsi5가 통합 막 단백질이라는 가설을 뒷받침하는 Tsi5를 발현하는 E. coli 세포의 세포질 막으로 분별되는 것으로 나타났습니다.