Lysenin - Lysenin
Lysenin je toxin tvořící póry (PFT) přítomný v coelomic tekutina z žížala Eisenia fetida. Toxiny tvořící póry jsou skupina bílkoviny které působí jako faktory virulence několika patogenní bakterie. Lyseninové proteiny se hlavně podílejí na obraně proti eukaryotickým a prokaryotickým patogenům.[1] V návaznosti na obecný mechanismus působení PFT je lysenin oddělen jako rozpustný monomer, který se specificky váže na a membránový receptor, sfingomyelin v případě lyseninu. Po navázání na membránu začíná oligomerizace, která vede k nonameru na horní straně membrány, známému jako prepore. Po konformační změně, která by mohla být spuštěna poklesem o pH, je oligomer vložen do membrány v takzvaném stavu pórů.
Monomer
Lysenin je a protein vyrobené v coelomocyt -leukocyty žížaly Eisenia fetida.[2] Tento protein byl poprvé izolován z coelomové tekutiny v roce 1996 a pojmenován lysenin (z lýzy a Eisenia).[3] Lysenin je relativně malá ve vodě rozpustná molekula s molekulovou hmotností 33 kDa. Použitím Rentgenová krystalografie, lysenin byl klasifikován jako člen Aerolysin rodina bílkovin podle struktury a funkce.[4] Strukturálně každý monomer lyseninu sestává z domény vázající receptor (šedá globulární část vpravo na obrázku 1) a modulu tvořícího póry (PFM); domény sdílené v celé rodině aerolysinů.[4] Vazebná doména lyseninového receptoru vykazuje tři sfingomyelin vázací motivy. Modul pro vytváření pórů obsahuje oblasti, které procházejí velkými konformačními změnami, aby se staly β-válcem v póru.[5]
Membránové receptory
Přírodní membrána terčem lyseninu je zvířecí plazmatická membrána lipid volala sfingomyelin nachází se hlavně ve vnějším letáku, který zahrnuje nejméně tři z nich fosfatidylcholiny (PC) skupiny.[6] Sfingomyelin je obvykle spojován s cholesterol v lipidové rafty.[7] Cholesterol, který zvyšuje oligomerizace, poskytuje stabilní platformu s vysokou boční mobilitou, kde je pravděpodobnější setkání monomer-monomer.[6] Ukázalo se, že PFT jsou schopny předělat membránovou strukturu,[8] někdy dokonce míchání lipidových fází.[9]
Oblast β-barelu pórů lyseninu, u níž se předpokládá, že bude ponořena do hydrofobní oblasti membrány, je „pás detergentu“, oblast vysoká 3,2 nm obsazená detergentem Kryogenní elektronová mikroskopie (Cryo-EM) studie pórů.[10] Na druhou stranu mají dvojvrstvy sfingomyelin / Cholesterol výšku asi 4,5 nm.[11] Tento výškový rozdíl mezi pásem detergentu a dvojvrstvou sfingomyelin / cholesterol znamená ohyb membrány v oblasti obklopující póry, který se nazývá negativní nesoulad.[12] Toto ohýbání vede k čisté přitažlivosti mezi póry, které indukují agregaci pórů.
Vazba, oligomerizace a inzerce
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/48/Lysenin_action_mechanism.png/400px-Lysenin_action_mechanism.png)
Vazba na membránu je nezbytnou podmínkou pro zahájení PFT oligomerizace. Lyseninové monomery se specificky vážou na sfingomyelin prostřednictvím vazebné domény receptoru.[13] Konečný lyseninový oligomer je tvořen devíti monomery bez kvantifikovaných odchylek.[14] Když se monomery lyseninu váží na membránové oblasti obohacené o sfingomyelin, poskytují stabilní platformu s vysokou boční mobilitou, a tím upřednostňují oligomerizaci.[15] Stejně jako u většiny PFT dochází k oligomerizaci lyseninu ve dvoustupňovém procesu, jak bylo nedávno zobrazeno.
Proces začíná tím, že monomery jsou adsorbovány do membrány specifickými interakcemi, což vede ke zvýšené koncentraci monomerů. Toto zvýšení je podporováno malou oblastí, kde se akumuluje membránový receptor, vzhledem k tomu, že většina membránových receptorů PFT je spojena s lipidovými rafty.[16] Dalším vedlejším účinkem, kromě zvýšení koncentrace monomeru, je interakce monomer-monomer. Tato interakce zvyšuje oligomerizaci lyseninu. Po dosažení kritické prahové koncentrace se vytvoří několik oligomerů současně, i když někdy jsou neúplné.[17] Na rozdíl od PFT cytolyzin závislý na cholesterolu rodina,[18] přechod z neúplných lyseninových oligomerů na úplné oligomery nebyl pozorován.
Kompletní oligomerizace vede k takzvanému stavu prepore, struktuře na membráně. Stanovení struktury prepore rentgenem nebo Cryo-EM je náročný proces, který dosud nepřinesl žádné výsledky. Jediné dostupné informace o struktuře prepore poskytl Mikroskopie atomové síly (AFM). Naměřená výška prepóru byla 90 Á; a šířka 118 Å, s vnitřním pórem 50 Å.[17] Byl postaven model prepore, který srovnával strukturu monomeru (PDB: 3ZXD) Se strukturou pórů (PDB: 5GAQ) Jejich doménami vázajícími receptor (zbytky 160 až 297). Nedávná studie s aerolysinem naznačuje, že by měl být revidován aktuálně přijímaný model pro lyseninový prepór, podle nových dostupných údajů o inzerci aerolysinu.[19]
A konformační změna transformuje PFM na transmembránu β-hlaveň, což vede ke stavu pórů.[20] Spouštěcí mechanismus přechodu prepore-to-pore v lyseninu závisí na třech zbytcích kyseliny glutamové (E92, E94 a E97) a je aktivován snížením pH,[21] od fyziologických podmínek po kyselé podmínky dosažené po endocytóze nebo zvýšení extracelulární koncentrace vápníku.[22] Tyto tři kyseliny glutamové jsou umístěny v α-šroubovici, která tvoří součást PFM, a kyseliny glutamové se nacházejí v členech rodiny aerolysinů v jejích PFM. Taková konformační změna způsobí snížení výšky oligomeru o 2,5 nm podle měření AFM.[17] Hlavní rozměry využívající rentgenovou strukturu pórů lyseninu jsou výška 97 Å, šířka 115 Å a vnitřní póry 30 Å.[20] Avšak úplná oligomerace na nonamer není pro vložení nutná, protože lze nalézt neúplné oligomery ve stavu pórů.[17] Přechod mezi póry a póry lze zablokovat v přeplněných podmínkách, což je mechanismus, který by mohl být obecný pro všechny β-PFT. První náznak efektu shlukování na přechodu prepore na póry byl dán kongesčními efekty v elektrofyziologických experimentech.[23] Vysokorychlostní studie AFM inkubující lysenin na membránách sfingomyelinu / cholesterolu ukázaly, že za přeplněných podmínek je přechod mezi póry a póry blokován sterickými interakcemi.[24][25][26]
Důsledky vložení
Konečné důsledky tvorby pórů lyseninu nejsou dobře zdokumentovány; předpokládá se však, že indukuje apoptóza prostřednictvím tří možných hypotéz:
- Rozbití asymetrie sfingomyelinu mezi dvěma letáky lipidové dvojvrstvy děrováním otvorů v membráně[27] a vyvolávání lipidový klopný obvod (přeorientování lipidu z jednoho listu membránové dvojvrstvy do druhého).[28]
- Zvýšení koncentrace vápníku v cytoplazmě.[29]
- Snížení koncentrace draslíku v cytoplazmě.[30]
Biologická role
Biologická role lyseninu zůstává neznámá. Bylo navrženo, že lysenin může hrát roli jako obranný mechanismus proti útočníkům jako např bakterie, houby nebo malé bezobratlých.[31] Aktivita lyseninu však závisí na vazbě na sfingomyelin, který není přítomen v membránách bakterií, hub nebo většiny bezobratlých. Sphingomyelin je spíše přítomen hlavně v plazmatické membráně strunatci.[32] Další hypotézou je, že žížala, která je schopna vytlačit coelomovou tekutinu pod tlakem,[33][34] generuje vyhýbací chování obratlovců predátoři (jako jsou ptáci, ježci nebo krtci ).[35] Pokud tomu tak je, může být vyloučený lysenin účinnější, pokud se coelomová tekutina dostane do oka, kde je koncentrace sfingomyelinu desetkrát vyšší než v jiných tělesných orgánech.[36] Doplňkovou hypotézou je, že štiplavý zápach coelomové tekutiny - dává žížalce svůj specifický epiteton foetida - je adaptace proti dravcům. Zůstává však známo, zda lysenin přispívá k prevenci Eisenia dravci.[37]
Aplikace
Lyseninovy vodivé vlastnosti byly studovány roky.[38] Stejně jako většina toxinů tvořících póry tvoří lysenin nespecifický kanál, který je propustný pro ionty, malé molekuly a malé peptidy.[39] Existují také více než tři desetiletí studií zaměřených na hledání vhodných pórů pro přeměnu na systémy pro sekvenování nanopórů které mohou mít své vodivé vlastnosti vyladěné bodovou mutací.[40] Vzhledem ke své vazebné afinitě ke sfingomyelinu byl lysenin (nebo jen vazebná doména receptoru) použit jako fluorescenční marker k detekci sfingomyelinové domény v membránách.[41]
Reference
Tento článek byl odeslán na adresu WikiJournal of Science pro externí akademické vzájemné hodnocení v roce 2019 (zprávy recenzenta ). Aktualizovaný obsah byl znovu integrován na stránku Wikipedie pod a CC-BY-SA-3.0 licence (2019 ). Verze záznamu v revidovaném znění je: Ignacio Lopez de Blas; et al. (17. srpna 2019), "Lysenin" (PDF), WikiJournal of Science, 2 (1): 6, doi:10.15347 / WJS / 2019.006, ISSN 2470-6345, Wikidata Q76846397
- ^ Bruhn, Heike; Winkelmann, Julia; Andersen, Christian; Andrä, Jörg; Leippe, Matthias (2006). „Disekce mechanismů cytolytické a antibakteriální aktivity lyseninu, obranného proteinu annelidy Eisenia fetida“. Vývojová a srovnávací imunologie. 30 (7): 597–606. doi:10.1016 / j.dci.2005.09.002. PMID 16386304.
- ^ Yilmaz, N .; Yamaji-Hasegawa, A .; Hullin-Matsuda, F .; Kobayashi, T. (2018). „Molekulární mechanismy působení toxinu vytvářejícího póry specifického pro sfingomyelin, lyseninu“. Semináře z buněčné a vývojové biologie. 73: 188–198. doi:10.1016 / j.semcdb.2017.07.036. PMID 28751253.
- ^ Sekizawa, Y .; Hagiwara, K .; Nakajima, T .; Kobayashi, H. (1996). „Nový protein, lysenin, který způsobuje kontrakci aorty izolátu krysy: jeho čištění od coelomové tekutiny žížaly, Eisenia foetida". Biomedicínský výzkum. 17 (3): 197–203. doi:10,2220 / biomedres.17.197.
- ^ A b De Colibus, L .; Sonnen, A. F.-P .; Morris, K. J .; Siebert, C. A .; Abrusci, P .; Plitzko, J .; Hodnik, V .; Leippe, M .; Volpi, E .; Anderluh, G .; Gilbert, R. J. C. (2012). „Struktury lyseninu odhalují společný evoluční původ proteinů tvořících póry a jeho způsob rozpoznávání sfingomyelinu“. Struktura. 20 (9): 1498–1507. doi:10.1016 / j.str.2012.06.011. PMC 3526787. PMID 22819216.
- ^ Bokori-Brown, M .; Martin, T. G .; Naylor, C.E .; Basak, A. K .; Titball, R. W .; Savva, C. G. (2016). „Kryo-EM struktura lyseninových pórů objasňuje vložení membrány proteinem rodiny aerolysinů“. Příroda komunikace. 7 (1): 11293. Bibcode:2016NatCo ... 711293B. doi:10.1038 / ncomms11293. PMC 4823867. PMID 27048994.
- ^ A b Ishitsuka, R .; Kobayashi, T. (2007). "Poměr cholesterolu a lipidů / proteinů řídí oligomerizaci toxinu specifického pro sfingomyelin, lysenin". Biochemie. 46 (6): 1495–1502. doi:10.1021 / bi061290k. PMID 17243772. S2CID 22016219.
- ^ Simons, K .; Gerl, M. J. (2010). "Revitalizační membránové rafty: nové nástroje a postřehy". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 11 (10): 688–699. doi:10.1038 / nrm2977. PMID 20861879. S2CID 1866391.
- ^ Ros, U .; García-Sáez, A. J. (2015). „More Than a Pore: The Interplay of the Pore -kotvorné proteiny a lipidové membrány“. The Journal of Membrane Biology. 248 (3): 545–561. doi:10.1007 / s00232-015-9820-r. PMID 26087906. S2CID 16305100.
- ^ Yilmaz, N .; Kobayashi, T. (2015). „Vizualizace reorganizace lipidových membrán vyvolaná toxinem vytvářejícím póry pomocí vysokorychlostní mikroskopie atomové síly“. ACS Nano. 9 (8): 7960–7967. doi:10.1021 / acsnano.5b01041. PMID 26222645.
- ^ Bokori-Brown, M .; Martin, T. G .; Naylor, C.E .; Basak, A. K .; Titball, R. W .; Savva, C. G. (2016). „Kryo-EM struktura lyseninových pórů objasňuje vložení membrány proteinem rodiny aerolysinů“. Příroda komunikace. 7 (1): 11293. Bibcode:2016NatCo ... 711293B. doi:10.1038 / ncomms11293. PMC 4823867. PMID 27048994.
- ^ Quinn, P. J. (2013). "Struktura sfingomyelinových dvojvrstev a komplexů s membránovými rafty tvořícími cholesterol". Langmuir. 29 (30): 9447–9456. doi:10.1021 / la4018129. PMID 23863113.
- ^ Guigas, G .; Weiss, M. (2016). „Účinky shlukování bílkovin na membránové systémy“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembrány. 1858 (10): 2441–2450. doi:10.1016 / j.bbamem.2015.12.021. PMID 26724385.
- ^ De Colibus, L .; Sonnen, A. F.-P .; Morris, K. J .; Siebert, C. A .; Abrusci, P .; Plitzko, J .; Hodnik, V .; Leippe, M .; Volpi, E .; Anderluh, G .; Gilbert, R. J. C. (2012). „Struktury lyseninu odhalují společný evoluční původ proteinů tvořících póry a jeho způsob rozpoznávání sfingomyelinu“. Struktura. 20 (9): 1498–1507. doi:10.1016 / j.str.2012.06.011. PMC 3526787. PMID 22819216.
- ^ Munguira, I .; Casuso, I .; Takahashi, H .; Rico, F .; Miyagi, A .; Chami, M .; Scheuring, S. (2016). „Skleněná membránová proteinová difúze v přeplněné membráně“ (PDF). ACS Nano. 10 (2): 2584–2590. doi:10,1021 / acsnano.5b07595. PMID 26859708.
- ^ Ishitsuka, R .; Kobayashi, T. (2007). "Poměr cholesterolu a lipidů / proteinů řídí oligomerizaci toxinu specifického pro sfingomyelin, lysenin". Biochemie. 46 (6): 1495–1502. doi:10.1021 / bi061290k. PMID 17243772. S2CID 22016219.
- ^ Lafont, F .; Van Der Goot, F. G. (2005). "Bakteriální invaze lipidovými rafty". Buněčná mikrobiologie. 7 (5): 613–620. doi:10.1111 / j.1462-5822.2005.00515.x. PMID 15839890. S2CID 26547616.
- ^ A b C d Yilmaz, N .; Yamada, T .; Greimel, P .; Uchihashi, T .; Ando, T .; Kobayashi, T. (2013). "Vizualizace sestavování toxinu specifického pro sfingomyelin v rovinných lipidových membránách v reálném čase". Biofyzikální deník. 105 (6): 1397–1405. Bibcode:2013BpJ ... 105,1397Y. doi:10.1016 / j.bpj.2013.07.052. PMC 3785888. PMID 24047991.
- ^ Mulvihill, E .; van Pee, K .; Mari, S. A .; Müller, D. J .; Yildiz, Ö. (2015). „Přímé pozorování lipidově závislého samosestavování a mechanismu tvorby pórů cytolytického toxinu listeriolysinu O“. Nano dopisy. 15 (10): 6965–6973. Bibcode:2015NanoL..15,6965M. doi:10,1021 / acs.nanolett.5b02963. PMID 26302195.
- ^ Iacovache, Ioan; De Carlo, Sacha; Cirauqui, Nuria; Dal Peraro, Matteo; van der Goot, F. Gisou; Zuber, Benoît (2016). „Kryo-EM struktura variant aerolysinu odhaluje nový proteinový záhyb a proces tvorby pórů“. Příroda komunikace. 7: 12062. Bibcode:2016NatCo ... 712062I. doi:10.1038 / ncomms12062. PMC 4947156. PMID 27405240.
- ^ A b Bokori-Brown, M .; Martin, T. G .; Naylor, C.E .; Basak, A. K .; Titball, R. W .; Savva, C. G. (2016). „Kryo-EM struktura lyseninových pórů objasňuje vložení membrány proteinem rodiny aerolysinů“. Příroda komunikace. 7 (1): 11293. Bibcode:2016NatCo ... 711293B. doi:10.1038 / ncomms11293. PMC 4823867. PMID 27048994.
- ^ Munguira, I. L. B .; Takahashi, H .; Casuso, I .; Scheuring, S. (2017). „Vkládání membrány na lyseninový toxin je závislé na pH, ale nezávislé na sousedních lyseninech“. Biofyzikální deník. 113 (9): 2029–2036. Bibcode:2017BpJ ... 113.2029M. doi:10.1016 / j.bpj.2017.08.056. PMC 5685674. PMID 29117526.
- ^ Munguira, I.L.B. (2019). „Mechanismus zavedení lyseninového toxinu je závislý na vápníku“. bioRxiv. doi:10.1101/771725.
- ^ Krueger, E .; Bryant, S .; Shrestha, N .; Clark, T .; Hanna, C .; Pink, D .; Fologea, D. (2015). „Intramembránové kongesční účinky na napěťově indukované hradlování kanálu lyseninového kanálu“. Evropský biofyzikální časopis. 45 (2): 187–194. doi:10.1007 / s00249-015-1104-z. PMC 4803513. PMID 26695013.
- ^ Munguira, I.L. B. (2017). Vliv přeplněnosti na životní cyklus Lyseninu studovaný vysokorychlostní mikroskopií atomové síly (PhD). Univerzita v Aix-Marseille.
- ^ Munguira, N.L. (2020). „Aktivita toxinu lyseninu tvořícího póry je regulována přeplněním“. Nanotechnologie. doi:10.1088/1361-6528.
- ^ Munguira, I. L.B. (2020). "Sterické blokování lyseninového toxinu přeplněním". bioRxiv. doi:10.1101/2020.05.02.073940.
- ^ Green, D. R. (2000). „Apoptóza a hydrolýza sfingomyelinu“. The Journal of Cell Biology. 150 (1): F5 – F8. doi:10.1083 / jcb.150.1.F5. PMC 2185551. PMID 10893276.
- ^ Ros, U .; García-Sáez, A. J. (2015). „More Than a Pore: The Interplay of the Pore -kotvorných proteinů a lipidových membrán“. The Journal of Membrane Biology. 248 (3): 545–561. doi:10.1007 / s00232-015-9820-r. PMID 26087906. S2CID 16305100.
- ^ Orrenius, S .; Zhivotovsky, B .; Nicotera, P. (2003). „Regulace buněčné smrti: vazba vápník – apoptóza“. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 4 (7): 552–565. doi:10.1038 / nrm1150. PMID 12838338. S2CID 19079491.
- ^ Yu, S. P. (2003). "Regulace a kritická role homeostázy draslíku v apoptóze". Pokrok v neurobiologii. 70 (4): 363–386. doi:10.1016 / s0301-0082 (03) 00090-x. PMID 12963093. S2CID 13893235.
- ^ Ballarin, L .; Cammarata, M. (2016). Lekce imunity: od jednobuněčných organismů po savce. Akademický tisk. ISBN 9780128032527.
- ^ Kobayashi, H .; Sekizawa, Y .; Aizu, M .; Umeda, M. (2000). „Letální a neletální reakce spermií od široké škály obratlovců a bezobratlých na lysenin, protein z coelomické tekutiny žížaly Eisenia foetida". Journal of Experimental Zoology. 286 (5): 538–549. doi:10.1002 / (sici) 1097-010x (20000401) 286: 5 <538 :: aid-jez12> 3.0.co; 2-w. PMID 10684578.
- ^ Sukumwang, N .; Umezawa, K. (2013). „Žížaly odvozený toxin lysenin tvořící póry a screening jeho inhibitorů“. Toxiny. 5 (8): 1392–1401. doi:10,3390 / toxiny5081392. PMC 3760042. PMID 23965430.
- ^ Kobayashi, H .; Ohta, N .; Umeda, M. (2004). „Biologie lyseninu, proteinu v coelomické tekutině žížaly Eisenia foetida". International Review of Cytology. 236: 45–99. doi:10.1016 / S0074-7696 (04) 36002-X. ISBN 9780123646408. PMID 15261736.
- ^ Swiderska, B .; Kedracka-Krok, S .; Panz, T .; Morgan, A. J .; Falniowski, A .; Grzmil, P .; Plytycz, B. (2017). "Proteiny rodiny lyseninů v coelomocytech žížal - srovnávací přístup". Vývojová a srovnávací imunologie. 67: 404–412. doi:10.1016 / j.dci.2016.08.011. PMID 27567602. S2CID 19895826.
- ^ Berman, E. R. (1991). Biochemie oka. Springer. doi:10.1007/978-1-4757-9441-0. ISBN 978-1-4757-9441-0. S2CID 41192657.
- ^ Edwards, C. A .; Bohlen, P. J. (1996). Biologie a ekologie žížal. Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-412-56160-3.
- ^ Bryant, S .; Clark, T .; Thomas, C .; Ware, K .; Bogard, A .; Calzacorta, C .; Prather, D .; Fologea, D. (2018). „Pohledy na mechanismus regulace napětí toxinu lysenin tvořícího póry“. Toxiny. 10 (8): 334. doi:10,3390 / toxiny10080334. PMC 6115918. PMID 30126104.
- ^ Shrestha, N .; Bryant, S.L .; Thomas, C .; Richtsmeier, D .; Pu, X .; Tinker, J .; Fologea, D. (2017). „Stochastické snímání angiotensinu II s kanály lyseninu“. Vědecké zprávy. 7 (1): 2448. Bibcode:2017NatSR ... 7.2448S. doi:10.1038 / s41598-017-02438-0. PMC 5446423. PMID 28550293.
- ^ Deamer, D .; Akeson, M .; Branton, D. (2016). „Tři desetiletí sekvenování nanopórů“. Přírodní biotechnologie. 34 (5): 518–524. doi:10,1038 / nbt.3423. PMC 6733523. PMID 27153285.
- ^ Ishitsuka, R .; Kobayashi, T. (2004). „Lysenin: Nový nástroj pro zkoumání membránové lipidové organizace“. Anatomical Science International. 79 (4): 184–190. doi:10.1111 / j.1447-073x.2004.00086.x. PMID 15633456. S2CID 1558393.