Laktonáza - Lactonase

Obecná chemická struktura an N-acyl homoserin lakton

Laktonáza (taky acyl-homoserin laktonáza) je metaloenzym, produkovaný určitými druhy bakterií, které cílí a inaktivují acylované homoserinové laktony (AHL).

Mnoho druhů Proteobakterie Bylo prokázáno, že z tříd alfa, beta a gama produkují acylované homoserinové laktony, což jsou malé hormony podobné molekuly běžně používané jako komunikační signály mezi bakteriálními buňkami v populaci k regulaci určité genové exprese a fenotypového chování.[1] Tento typ regulace genů je známý jako snímání kvora.

Enzymový mechanismus

Laktonáza hydrolyzuje the ester vazba homoserinového laktonového kruhu acylovaných homoserinových laktonů. Při hydrolýze lakton vazba, laktonáza brání těmto signálním molekulám ve vazbě na své cílové transkripční regulátory, čímž inhibuje snímání kvora.[2]

Struktura enzymu

Dvoujaderné vazebné místo pro zinek je zachováno ve všech známých laktonázách a je nezbytné pro aktivitu enzymů a skládání proteinů.[3]

Zn1 je tetrakoordinován pomocí His104, His106, His169 a můstkového hydroxidového iontu. Zn2 má pět ligandů, včetně Asp191, His235, His109, Asp108 a můstkového hydroxidového iontu. Kovové ionty pomáhají polarizovat laktonovou vazbu, čímž zvyšují elektrofilitu lakton karbonylový uhlík kruhu. Studie izotopového značení ukázaly, že otevření kruhu probíhá adiční eliminační reakcí s přídavkem vody, jak je uvedeno níže.[4]

Biologická funkce

Laktonázy jsou schopné interferovat se snímáním kvora zprostředkovaným AHL. Některé příklady těchto laktonáz jsou AiiA produkovaný Bacil druh, AttM a AiiB produkovaný Agrobacterium tumefaciens, a QIcA produkované společností Rhizobiales druh.[5]

Laktonázy byly hlášeny pro Bacillus, Agrobacterium, Rhodococcus, Streptomyces, Arthrobacter, Pseudomonas a Klebsiella.[6] Bylo zjištěno, že skupina Bacillus cereus (skládající se z B. cereus, B. thuringiensis, B. mycoides a B. anthracis) obsahuje devět genů homologních s genem AiiA, které kódují enzymy inaktivující AHL, se zachovaným motivem vazby na zinek ve všech případech.[7]

Ve fytopatogenu A. tumefaciens působí AiiB laktonáza jako jemný modulátor, který v podstatě zpomaluje uvolňování laktonu OC8-HSL a výsledný počet nádorů produkovaných patogenem. AttM laktonáza zprostředkovává degradaci laktonu OC8-HSL v poraněných rostlinných tkáních.[8]

Primární aktivita anti-aterosklerotický paraoxonáza Enzymy (PON) jsou jako laktonáza.[9] Oxidované polynenasycené mastné kyseliny (zejména v oxidovaný lipoprotein s nízkou hustotou ) forma lakton struktury podobné PON. [9]

Ekologie

Ekologické účinky laktonázy stále nejsou jasné, ale bylo navrženo, že jelikož bakterie většinou koexistují s jinými mikroorganismy v životním prostředí, mohly některé kmeny bakterií vyvinout své strategie krmení a využívat AHL jako svůj hlavní zdroj energie a dusíku.[10]

Aplikace

Pochopení mechanismů a účelů aktivity laktonázy by mohlo vést k potenciálnímu uplatnění rolí těchto laktonáz při kontrole bakteriálních infekcí inhibicí aktivity snímání kvora a vyvoláním hlubokých účinků na lidské zdraví a životní prostředí. Při chemické i enzymatické laktonolýze je však reakce reverzibilní, což komplikuje přímé terapeutické použití laktonáz.[11]

Pseudomonas aeruginosa je bakterie produkující AHL oportunní patogen, který infikuje pacienty se sníženou imunitou,[12] a nachází se u plicních infekcí pacientů s cystickou fibrózou. P. aeruginosa se spoléhá na snímání kvor prostřednictvím produkce laktonů N-butanoyl-l-homoserinu (C4-HSL) a N- (3-oxododekanoyl) -l-HSL (3-oxo-C12-HSL) k regulaci rojení, toxinu a produkce proteázy a správná tvorba biofilmu. Absence jedné nebo více složek systému snímání kvora vede k významnému snížení virulence patogenu.[13]

Erwinia carotovora je rostlinný patogen, který způsobuje měkkou hnilobu u mnoha plodin, jako jsou brambory a mrkev [14] pomocí snímání kvorů N-hexanoyl-l-HSL (C6-HSL) k vyhnutí se obranným systémům rostliny a ke koordinaci produkce pektát lyázy během procesu infekce.[15]

Bylo prokázáno, že rostliny exprimující AHL-laktonázu vykazují zvýšenou odolnost vůči infekci patogenem Erwinia carotovora. Exprese genů virulence v E. Carotovora je regulována N- (3-oxohexanoyl) -l-homoserin-laktonem (OHHL). Pravděpodobně hydrolýza OHHL prostřednictvím laktonázy snížila hladiny OHHL a inhibovala systémy snímání kvorů vedoucí k expresi genu virulence.[16]

Viz také

Reference

  1. ^ Fuqua, C .; Winans, S. C .; Greenberg, E. P. (1996). „Sčítání a shoda v bakteriálních ekosystémech: rodina transkripčních regulátorů snímajících kvorum LuxR-LuxI“. Annu. Rev. Microbiol. 50: 727–751. doi:10.1146 / annurev.micro.50.1.727. PMID  8905097.
  2. ^ Dong, Y .; Wang, L .; Xu, J .; Zhang, H .; Zhang, X .; Zhang, L. (2001). „Quending bakteriální infekce závislá na kvoru pomocí N-acyl homoserin laktonázy“. Příroda. 411 (6839): 813–817. doi:10.1038/35081101. PMID  11459062.
  3. ^ Thomas P. W .; Stone E. M .; Costello A. L .; Tierney D. L .; Fast W. (2005). „Laktonáza uhasující kvora z Bacillus thuringiensis je metaloprotein“. Biochemie. 44 (20): 7559–7569. doi:10,1021 / bi050050m. PMID  15895999.
  4. ^ Momb J .; Wang C .; Liu D .; Thomas P. W .; Petsko G. A .; Guo H .; Ringe D; Fast W. (2008). "Mechanismus kvonum-hašení laktonů (AiiA) z Bacillus thuringiensis. 2. Modelování substrátu a aktivní mutace místa". Biochemie. 47 (29): 7715–7725. doi:10.1021 / bi8003704. PMC  2646874. PMID  18627130.
  5. ^ Riaz K .; Elmerich, C .; Moreira, D .; Raffoux A .; Dessaux Y .; Faure D. (2008). „Metagenomická analýza půdních bakterií rozšiřuje rozmanitost laktonáz kalících kvora“. Mikrobiologie prostředí. 10 (3): 560–570. doi:10.1111 / j.1462-2920.2007.01475.x. PMID  18201196.
  6. ^ Schipper C .; Hornung C .; Bijtenhoorn P .; Quitschau M .; Grond S .; Streit W. R. (2009). "Klony odvozené od metagenomu kódující dva nové proteiny z rodiny laktonáz účastnící se inhibice biofilmu v Pseudomonas aeruginosa". Molekulární interakce rostlin a mikrobů. 75 (1): 224–233. doi:10.1128 / aem.01389-08. PMC  2612230. PMID  18997026.
  7. ^ Dong Y. H .; Gusti A. R .; Zhang Q .; Xu J. L .; Zhang, L. H. (2002). "Identifikace quorum-kalení N-acyl homoserin laktonáz z Bacillus druhů". Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 68 (4): 1754–1759. doi:10.1128 / AEM.68.4.1754-1759.2002. PMC  123891. PMID  11916693.
  8. ^ Haudecoeur E .; Tannieres M .; Cirou A .; Raffoux A; Dessaux Y .; Faure D. (2009). "Různá regulace a role laktonáz AiiB a AttM v Agrobacterium tumefaciens C58". Roční přehled fytopatologie. 22 (5): 529–537. doi:10.1094 / MPMI-22-5-0529. PMID  19348571.
  9. ^ A b Chistiakov DA, Melnichenko AA, Orekhov AN, Bobryshev YV (2017). „Kardiovaskulární onemocnění související s paraoxonázou a aterosklerózou“. Biochimie. 132: 19–27. doi:10.1016 / j.biochi.2016.10.010. PMID  27771368.
  10. ^ Leadbetter, J. R. G .; Greenberg, E. P. (2000). "Metabolismus signálů detekujících kvorum acyl-homoserinu laktonu Variovorax paradoxus". J. Bacteriol. 182 (24): 6921–6926. doi:10.1128 / JB.182.24.6921-6926.2000. PMC  94816. PMID  11092851.
  11. ^ Rasmussen T. B .; Givskov M. (2006). „Inhibitory snímání kvora jako anti-patogenní léky“. International Journal of Medical Microbiology. 296 (2–3): 149–161. doi:10.1016 / j.ijmm.2006.02.005. PMID  16503194.
  12. ^ Whitehead, N. A .; Barnard A. M. L .; Slater H .; Simpson, N. J. L .; Salmond, G. P. C. (2001). "Snímání kvora v gramnegativních bakteriích". FEMS Microbiol. Rev. 25 (4): 365–404. doi:10.1111 / j.1574-6976.2001.tb00583.x. PMID  11524130..
  13. ^ Smith R. S .; Iglewski B. H. (2003). „P. aeruginosa quorum-sensing systems and virulence“. Současný názor v mikrobiologii. 6 (1): 56–60. doi:10.1016 / S1369-5274 (03) 00008-0. PMID  12615220.
  14. ^ Pirhonen, M .; Flegom, D .; Heikinheimo, R .; Palva, E. T. (1993). „Malá difúzní signální molekula je zodpovědná za globální kontrolu virulence a produkce exoenzymu v rostlinném patogenu Erwinia carotovora“. EMBO J.. 12 (6): 2467–2476. doi:10.1002 / j.1460-2075.1993.tb05901.x. PMC  413482. PMID  8508772.
  15. ^ Von Bodman S. B .; Bauer W. D .; Coplin D. L. (2003). "Senzor kvora v rostlinných patogenních bakteriích". Roční přehled fytopatologie. 41: 455–482. doi:10.1146 / annurev.phyto.41.052002.095652. PMID  12730390.
  16. ^ Dong Y. H .; Gusti A. R .; Zhang Q .; Xu J. L .; Zhang, L. H. (2002). "Identifikace quorum-kalení N-acyl homoserin laktonáz z Bacillus druhů". Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 68 (4): 1754–1759. doi:10.1128 / AEM.68.4.1754-1759.2002. PMC  123891. PMID  11916693.