Sekreční systém typu II - Type II secretion system

Sekreční systém typu 2 (často označované jako sekreční systém typu II nebo T2SS) je bílkovina vylučování stroje nacházející se u různých druhů Gramnegativní bakterie, včetně různých lidských patogeny jako Pseudomonas aeruginosa a Vibrio cholerae.^[1] Sekreční systém typu II je jedním ze šesti sekrečních systémů proteinů, které se běžně vyskytují v gramnegativních bakteriích spolu s sekreční systém typu I., sekreční systém typu III, The sekreční systém typu IV, chaperone / uvaděč cesta, cesta autotransportéru / sekreční systém typu V. a sekreční systém typu VI (některé bakterie také využívají sekreční systém typu VII ).^[2] Stejně jako tyto jiné systémy umožňuje sekreční systém typu II transport cytoplazmatických proteinů přes lipidové dvojvrstvy které tvoří buněčné membrány v gramnegativních bakteriích.

Přehled

Sekreční systém typu II je protein vázaný na membránu komplex nachází se v gramnegativních bakteriích, které se používají k vylučování proteinů nacházejících se v cytoplazma bakterií do extracelulární prostor mimo buňku. Sekreční systém typu II je jen jedním z mnoha sekrečních systémů nalezených v gramnegativních bakteriích a používá se k vylučování různých proteinů, včetně bakteriální toxiny a degradační enzymy, jako je proteázy a lipázy. Tyto vylučované proteiny jsou obecně spojeny s rozpadem hostitelských tkání, a proto jsou často důležité při vyvolávání příznaků spojených s určitými bakteriální infekce.^[3] Každá bakteriální buňka bude obsahovat řadu sekrečních systémů typu II a ty se nacházejí zabudované v vnitřní a vnější membrány buňky.

Spolu s dalšími sekrečními systémy, jako je cesta chaperon / usher a sekreční systém typu IV, je sekrece prostřednictvím sekrečního systému typu II dvoustupňový proces. První krok zahrnuje Sec a Tat sekreční cesty, které jsou zodpovědné za transport proteinů přes vnitřní membránu do periplazma.^[4] Například cesta Sec se používá k transportu strukturních složek sekrečního systému typu II do periplazmy, kde se pak mohou sestavit, zatímco cesty Sec a Tat se používají k přenosu sekrečních proteinů do periplazmy. Jakmile jsou tyto sekreční proteiny v periplazmě, může následovat druhý krok a jsou vylučovány z buňky sekrečním systémem typu II.

Struktura

Celkově je sekreční systém typu II velkým multiproteinovým aparátem, který se skládá z řady odlišných proteinů podjednotky známé jako obecné sekreční proteiny (GSP).^[5] The geny kódování těchto GSP se obvykle nacházejí společně v genom v jednom operon a mnoho z těchto genů se překrývá. Každý gen je pojmenován písmenem odpovídajícím GSP, který kóduje (například gen gspD kóduje GspD) a studie naznačují, že mezi funkcí sekrečního systému typu II je podstatných 12 až 15 těchto genů.^[6] GSP jsou běžné u řady různých bakterií druh a když se spojí, vytvoří komplex, který je strukturálně velmi podobný typ IV pili, přívěsek, který se také běžně vyskytuje v gramnegativních bakteriích.^[7] Celkově lze sekreční systém typu II rozdělit na čtyři hlavní komponenty. Jedná se o komplex vnější membrány, komplex vnitřní membrány, sekreci ATPáza a pseudopilus.

Komplex vnější membrány

Komplex vnější membrány je tvořen převážně sekretinem GspD.^[8] Secretiny jsou β-sudy které se nacházejí v membráně, kde tvoří kanály, které umožňují látkám pohybovat se dovnitř nebo ven z buněk.^[9] V sekrečním systému typu II GspD vytváří póry ve vnější membráně bakteriální buňky, kterými mohou být vylučovány proteiny. Výsledkem je, že GspD je nezbytný pro správný funkční systém, protože bez něj nemohou sekreční proteiny opustit buňku. GspD je transportován do periplazmy přes Sec translocon a poté je vložen do vnější membrány. Toto vložení však není spontánní a je často závislé na Stroje pro montáž β-hlavně což zajišťuje správné složení proteinů β-barelu před vložením do membrány.^[10]

GspD je často spojován s lipoprotein GspS. GspS je také transportován do periplazmy pomocí translokačního zařízení Sec, poté je vložen do vnitřní vrstva vnější membrány, kde zůstává úzce spojena s GspD. Předpokládá se, že GspS hraje důležitou roli při stabilizaci sekretinu GspD a pomáhá zabránit jeho rozpadu v přítomnosti vysoce degradujících periplazmatických látek enzymy.^[8]

Komplex vnitřní membrány

Komplex vnitřní membrány je tvořen několika různými proteiny Gsp, které jsou zality ve vnitřní membráně. Stejně jako sekretin vnější membrány GspD jsou tyto proteiny transportovány do periplazmy přes translokační cestu Sec před vložením do vnitřní membrány. Komplex vnitřní membrány tvoří čtyři různé proteiny; jedná se o GspC, GspF, GspL a GspM.^[5]

Každá z těchto jednotlivých podjednotek hraje mírně odlišnou roli. Ukázalo se například, že GspC interaguje s GspD. Tato interakce pomáhá bránit sekrečnímu systému typu II a pouze tehdy, když je tato brána otevřená, jsou sekreční proteiny schopné vstoupit do systému a být odčerpány z buňky. Důležité je, že pokud jsou spojeny společně, GspC, GspL a GspM se vzájemně chrání před proteolytickými enzymy, které by je jinak degradovaly. Na rozdíl od ostatních proteinů, které tvoří komplex vnitřní membrány, je GspF a multipassový transmembránový protein a může hrát roli ve vazbě sekreční ATPázy. Je však známo, že GspL vytváří těsné interakce se sekreční ATPázou a je potřeba je udržovat v těsném spojení se zbytkem komplexu vnitřní membrány.^[11]

Sekreční ATPáza

Sekreční ATPáza, GspE, je ATPáza, která se nalézá úzce spojená s komplexem vnitřní membrány na cytoplazmatické straně vnitřní membrány.^[12] GspE patří do rodiny sekrečních ATPáz typu II / typu IV. ATPázy patřící do této rodiny mají odlišné hexamerní struktura. Každá jednotlivá podjednotka hexameru má 3 hlavní domén. Jedná se o 2 samostatné N-terminál domény zvané N1D a N2D, které jsou odděleny krátkou linkerovou oblastí a jednou C-terminál doména nazývaná CTD. CTD je zase tvořena 3 subdoménami, z nichž jedna je a nukleotid vazebná doména. Právě tato nukleotidová vazebná doména, která je přítomna v každé ze 6 podjednotek hexameru, je zodpovědná za vazbu ATP. Poté pomáhají další 2 domény, které tvoří CTD, doména se čtyřmi spirálami a doménou vázající kov katalyzovat the hydrolýza vázaného ATP.^[12] Tato hydrolýza ATP se používá k napájení montáže a demontáže pseudopilu, který řídí sekreci prostřednictvím sekrečního systému typu II. Výsledkem je, že systém nemůže fungovat bez GspE. N-koncové domény N1D a N2D tvoří interakce s komplexem vnitřní membrány, které pomáhají udržovat sekreční ATPázu v těsném spojení se zbytkem sekrečního systému typu II. Doména N2D není plně pochopena, ale pozorování ukazují, že je to N1D, který je zodpovědný za vytváření těsných interakcí pozorovaných s podjednotkou komplexu vnitřní membrány GspL.

Pseudopilus

Pseudopilus se nachází v periplazmě, ale nepřesahuje přes sekretin GspD do extracelulárního prostředí. Jeho název je odvozen ze skutečnosti, že je tvořen řadou Pilin jako proteiny nebo pseudopiliny, známé jako GspG, GspH, GspI, GspJ a GspK.^[3] Jsou známé jako pseudopiliny kvůli jejich podobnosti s piliny (jako PilA), které tvoří pili typu IV nalezené v gramnegativních bakteriích. Stejně jako jejich protějšky se pseudopiliny zpočátku vyrábějí v nezralé formě. Tyto pre-pseudopiliny sestávají z N-terminálu sekvence signálu který cílí proteiny na Sec translocon a dlouhou C-koncovou osobní doménu, která kóduje samotný samotný protein pseudopilinu. Jakmile přístroj Sec transportuje pre-pseudopilin přes vnitřní membránu, ale předtím, než se samotný protein uvolní do periplazmy, je N-koncová signální sekvence štěpena na konzervovaný úsek kladně nabitý aminokyselina zbytky. Toto štěpení je katalyzováno signální peptidáza GspO a konečným výsledkem je odstranění N-terminální signální sekvence a tvorba zralého pseudopilinu.^[5] GspO je vložen do vnitřní membrány a je často úzce spojen se strojním zařízením sekrečního systému typu II. Zralé piliny a pseudopiliny mají strukturu ve tvaru lízátka, kterou tvoří dlouhá hydrofobní ocas a kulovitý hydrofilní hlavní doména. Jakmile jsou v periplazmě ve svém zralém stavu, pak budou pseudopiliny často vloženy do vnějšího letáku vnitřní membrány prostřednictvím svých hydrofobních ocasů.

Hlavní pseudopilin přítomný v pseudopilu je GspG. Pseudopilus se tvoří, když jednotlivé podjednotky pseudopilinu polymerovat spolu. V této reakci se hydrofobní ocasy různých pseudopilinů spojují dohromady a nechávají odkryté své kulovité hydrofilní hlavy. Tyto dlouhé hydrofobní ocasy jsou schopné takto agregovat dohromady kvůli silným hydrofobním interakcím a konečným výsledkem je, že pseudopilus stabilně roste. Sestavování a demontáž těchto podjednotek pseudopilus je poháněna sekrecí ATPase GspE. Předpokládá se, že toto neustálé roztahování a zatahování pseudopilu způsobuje, že se chová jako a píst a vytlačovat sekreční proteiny ven přes sekretin vnější membrány. Když pak pseudopilus zatáhne nové sekreční proteiny, může vstoupit do systému a proces se bude opakovat. Tento pohyb pseudopilu je podobný pohybu zobrazenému pili typu IV, o kterém je známo, že ho umožňuje záškubová pohyblivost.^[13]

Diagram znázorňující sekreční systém typu II

Mechanismus

K sekreci proteinů prostřednictvím sekrečního systému typu II dochází velmi specifickým způsobem a je do značné míry jednotný u různých druhů bakterií. Tento mechanismus lze rozdělit do několika kroků:

1. Exoproteiny nebo proteiny, které se mají vylučovat, se nejprve transportují přes vnitřní membránu a do periplazmy pomocí translokačního aparátu Sec. Tyto exoproteiny zde budou existovat v sekreci periplazmy, dokud nebude aktivován sekreční systém typu II.
2. Pre-pseudopiliny jsou také transportovány z cytoplazmy do periplazmy pomocí translokačního aparátu Sec. Jakmile jsou v periplazmě, jsou štěpeny pre-pilinovou peptidázou GspO a převedeny na zralé pseudopiliny. Zralé pseudopiliny se pak mohou vložit do vnitřní membrány, kde budou existovat, dokud nedojde k sestavení pseudopilusů.
3. Sekrece ATPáza GspE poté naváže a hydrolyzuje ATP a vyrobená energie se použije k podpoře tvorby pseudopilu. GspE se nachází v cytoplazmě, ale zůstává spojen s komplexem vnitřní membrány prostřednictvím interakcí jak s GspL, tak s GspF.
4. Po aktivaci jsou exoproteiny dříve transportované do periplazmy schopné vstoupit do sekrečního aparátu. Není zcela jasné, jak jsou tyto exoproteiny vybírány, ale předpokládá se, že interakce mezi GspC a GspD hraje důležitou roli.
5. Shromáždění pseudopilu pak vytlačuje exoproteiny ven přes sekretin GspD a do extracelulárního prostředí. Tento sekretin tvoří ve vnější membráně hydrofilní kanál, který umožňuje proteinům opustit buňku.
6. Jakmile se nacházejí mimo buňku, mohou vylučované exoproteiny provádět své zamýšlené účinky. Některé z nich mohou být například zapojeny do signalizace a další mohou působit jako faktory virulence, které pomáhají podporovat infekci.

Věří se, že snímání kvora hraje klíčovou roli při kontrole aktivace sekrečního systému typu II a zahájení uvolňování exoproteinu.^[6] Specifické snímání kvora pomáhá regulovat transkripci genů kódujících tyto exoproteiny a zajišťuje, že jsou produkovány pouze v případě, že jsou poblíž podobné bakterie a podmínky prostředí přispívají k přežití a infekci.

Reference