Аутолизины — это эндогенные литические ферменты , которые расщепляют пептидогликановые компоненты биологических клеток , что позволяет разделять дочерние клетки после деления клетки. [1] [2] [3] [4] [5] Они участвуют в росте клеток, метаболизме клеточной стенки, делении и разделении клеток, а также в обороте пептидогликана и имеют функции, сходные с функциями лизоцимов. [6]
Аутолизин образуется из гена-предшественника Atl. Амидазы (EC 3.5.1.28), гаметолизин (EC 3.4.24.38) и глюкозаминидаза считаются типами аутолизинов. [4] [6]
Аутолизины существуют во всех бактериях, содержащих пептидогликан , и потенциально считаются летальными ферментами, если их не контролировать. [7] Они нацелены на гликозидные связи, а также на сшитые пептиды пептидогликановой матрицы. [8] Пептидогликановая матрица функционирует для стабильности клеточной стенки, защищая от изменений тургора, и выполняет функцию иммунологической защиты. [9] [10] Эти ферменты расщепляют пептидогликановую матрицу на небольшие участки, чтобы обеспечить биосинтез пептидогликана. [4] Аутолизины расщепляют старый пептидогликан, что позволяет формировать новый пептидогликан для роста и удлинения клеток. Это называется оборотом клеточной стенки. [6] Аутолизины делают это путем гидролиза β-(1,4) гликозидной связи пептидогликановой клеточной стенки и связи между остатками N-ацетилмурамоила и остатками L-аминокислот определенных гликопептидов клеточной стенки. [4] Этот фермент катализирует следующую химическую реакцию :
Этот гликопротеин присутствует в гаметах Chlamydomonas reinhardtii .
Грамположительные бактерии регулируют аутолизины с помощью молекул тейхоевой кислоты , прикрепленных к тетрапептиду пептидогликановой матрицы.
Антибиотики комплестатин и корбомицин предотвращают ремоделирование клеточной стенки аутолизином путем связывания с пептидогликаном, тем самым останавливая рост бактерий. [11] Амидные связи между стволовым пептидом и лактильной частью остатка мурамоила расщепляются N-ацетилмурамоил-L-аланинамидазами и участвуют в разделении клеток и диссоциации клеточной перегородки. [4] Существует 5 типов аутолизинов, которые способствуют разделению дочерних клеток: LytC, LytD, LytE и LytF. [6]
В исследовании, проведенном на мышах, те, которые были иммунизированы аутолизином, смогли выжить дольше, чем инфицированные мыши. Это исследование смогло подтвердить в качестве доказательства вклад аутолизина в вирулентность и потенциал для вакцинного антигена. [12]
LytC и CwlC — это две амидазы из семейства LytC, которые гидролизуют пептидогликан материнской клеточной стенки, чтобы обеспечить высвобождение зрелой эндоспоры. CwlC находится непосредственно в материнской клеточной стенке. [6]
Совместная экспрессия генов lytC, lytD и lytF приводит к подвижности жгутиков и контролируется активностью сигма-фактора хемотаксиса, σ D. Активность этого сигма-фактора достигает пика в начале стационарной фазы. [6]
Аутолизины естественным образом вырабатываются бактериями, содержащими пептидогликан, но чрезмерное их количество приведет к деградации пептидогликановой матрицы и разрыву клетки из-за осмотического давления . Предыдущие исследования показали, что побочные продукты аутолизина во время разрушения клеточной стенки являются высокоиммуногенными. [12] При наблюдении за бактериями Bacillus subtilis в клеточных стенках были обнаружены потенциально смертельные количества аутолизина. [6] В Streptococcus pneumoniae было обнаружено, что N-ацетилмурамоил-L-аланинамидаза, аутолизин клеточной стенки, может способствовать патогенезу из-за своей способности разрушать стенку или лизировать часть вторгшихся пневмококков и выделять потенциально смертельные токсины в клетку. Исследователи изучили функцию, структуру и способность к клонированию с помощью Escherichia coli , а также определили ее нуклеотидную последовательность. [12]
LytC, а также LytD считаются двумя основными аутолизинами, которые способствуют росту вегетативной клеточной стенки и отвечают за 95% аутолитической активности B. subtilis. LytC обнаружен в клеточной стенке. Было обнаружено, что LytB, неавтолизин, усиливает активность LytC. [6] LytC и LytA взаимодействуют и действуют вместе для лизиса и гибели клеток. [13]
CwlC находится в стенке материнской клетки и выполняет функцию лизиса стенки материнской клетки. [6] CwlC не имеет сигнальной последовательности, но участвует в поздней споруляции и присутствует в стенке клетки. [14] [15] Было обнаружено, что у B. subtilis CwlC способен гидролизовать как стенки вегетативных клеток, так и пептидогликан спор. [14]
Это семейство аутолизинов состоит только из самого LytD. LytD функционирует для вегетативного роста. Аутолитическая активность обнаружена в C-концевой области с каталитическим доменом, гомологичным домену глюкозаминидазы. LytD обнаружен в клеточной стенке. Активность LytD была изучена в B. subtilis, а активность глюкозаминидазы была обнаружена в зрелых гликановых цепях из-за присутствия MurNAc на невосстанавливающих концах. [6]