Кристаллическая структура субтилизина

Nature Communications, том 14, номер статьи: 1163 (2023) Цитировать эту статью

Доступы 1996 г.

51 Альтметрика

Подробности о метриках

Аутотранспортеры (АТ) представляют собой большое семейство белков, секретируемых бактериями и белков наружной мембраны, которые охватывают широкий спектр ферментативной активности, часто связанной с патогенными фенотипами. Мы представляем структурную и функциональную характеристику аутотранспортера субтилазы Ssp условно-патогенного микроорганизма Serratia marcescens. Хотя структуры субтилаз хорошо известны, этот субтилизин-подобный белок связан с β-спиралью из 248 остатков и сам включает три пальцеобразных выступа вокруг своего активного сайта, участвующих во взаимодействиях субстратов. Мы также показали, что активность субтилазы АТ необходима для проникновения в эпителиальные клетки, а также для возникновения клеточной токсичности. Структура Ssp не только предоставляет подробную информацию о субтилазных АТ, но также раскрывает общую структуру и функцию для более отдаленно родственных АТ. Таким образом, эти открытия также представляют собой значительный шаг вперед к пониманию молекулярных механизмов, лежащих в основе функциональной дивергенции в большом суперсемействе АТ.

Субтилазы представляют собой разнообразную группу преимущественно внеклеточных протеаз, обнаруженных у бактерий, архей и эукариот. Субтилизиноподобная группа белков представляет собой второе по величине семейство сериновых протеаз после семейства (химо)трипсиновых протеаз1. Субтилазы играют роль в широком спектре биологических функций, включая бактериальные и вирусные инфекции, онкогенез и метастазирование, патогенез заболеваний, рост и развитие растений, а также используются в промышленности во всем мире в качестве добавок в моющие средства для стирки и мытья посуды2,3,4,5, 6. Хотя субтилазы были тщательно исследованы, одна уникальная и в значительной степени не охарактеризованная группа субтилаз обнаружена как часть суперсемейства белков-автотранспортеров бактерий (АТ).

Аутотранспортеры (АТ) представляют собой крупнейшее семейство секретируемых белков грамотрицательных бактерий, многие из которых играют важную роль в бактериальных инфекциях и заболеваниях, включая прилипание и проникновение в клетки-хозяева, образование биопленок, а также являются мощными цитотоксинами и иммуномодуляторами6,7. АТ имеют консервативную доменную структуру, которая включает сигнальный пептид для Sec-зависимого транспорта через внутреннюю бактериальную мембрану и С-концевой транслокаторный домен для секреции пассажирского домена через внешнюю мембрану (рис. 1а). Пассажир, транспортируемый по поверхности, отвечает за различные роли в бактериальном патогенезе (рис. 1а), при этом специфическая архитектура доменов позволяет АТ обладать различными функциями, включая ферментативную активность, такую ​​как активность протеазы, липазы и фосфатазы.

Субтилазные АТ составляют одно из двух семейств АТ, которые обладают протеазной активностью, а другое представляет собой АТ (химо)трипсиноподобных протеаз, которые включают SPATE (автотранспортеры сериновых протеаз Enterobactericeae). Последняя группа, возможно, является наиболее охарактеризованными AT, которые объединяют трехцепочечную β-спираль с N-концевым субдоменом протеазы как часть своего пассажира8. Например, SPATE, такие как токсин, кодируемый плазмидой (Pet), содержат ~600 остатков β-спирали с N-концевым (химо)трипсиноподобным субдоменом, который расщепляет субстраты, включая спектрин, что приводит к разрушению цитоскелета9. Для сравнения, имеется меньше информации о субтилазных АТ, большой группе белков, обнаруженных в бактериальных патогенах, начиная от Pseudomonas spp10,11,12,13,14, Neisseria meningitidis15 и Bordetella pertussis16 среди других. Некоторые из наиболее изученных АТ субтилазы включают B. pertussis SphB1 и N. meningitidis NalP, оба липидизированные17,18 и, как показано, расщепляют различные поверхностные белки, такие как нитчатый гемагглютинин16 и протеаза IgA или белок, связывающий лактоферрин LbpB, соответственно15,19. В целом, исследования, проведенные на сегодняшний день, показывают, что многие субтилазные AT, по-видимому, играют роль в бактериальном патогенезе, например, вызывают цитопатические эффекты на клетки-хозяева, обеспечивают резистентность сыворотки и образование биопленок, роли, которые, по-видимому, также являются общими для (химо)трипсиноподобных протеаз ATs10 ,13,20,21,22,23.