stringtranslate.com

Секреция

Секреция — это перемещение материала из одной точки в другую, например, химического вещества, секретируемого клеткой или железой . Напротив, экскреция — это удаление определенных веществ или продуктов жизнедеятельности из клетки или организма. Классический механизм клеточной секреции осуществляется через секреторные порталы плазматической мембраны, называемые поросомами . [1] Поросомы представляют собой постоянные липопротеиновые структуры чашеобразной формы , встроенные в клеточную мембрану, где секреторные пузырьки временно стыкуются и сливаются, высвобождая внутривезикулярное содержимое из клетки.

Секреция у видов бактерий означает транспорт или транслокацию эффекторных молекул. Например: белки , ферменты или токсины (такие как холерный токсин в патогенных бактериях, например, холерный вибрион ) изнутри ( цитоплазма или цитозоль ) бактериальной клетки к ее внешней поверхности. Секреция является очень важным механизмом функционирования и работы бактерий в их естественной окружающей среде для адаптации и выживания.

В эукариотических клетках

Поросома

Механизм

Эукариотические клетки , включая клетки человека , имеют высокоразвитый процесс секреции. Белки, предназначенные для внешнего воздействия, синтезируются рибосомами , прикрепленными к шероховатой эндоплазматической сети (ЭР). По мере синтеза эти белки перемещаются в просвет ЭР , где они гликозилируются и где молекулярные шапероны способствуют сворачиванию белка . Неправильно свернутые белки обычно идентифицируются здесь и ретротранслоцируются путем деградации, связанной с ER, в цитозоль , где они разрушаются протеасомой . Везикулы , содержащие правильно свернутые белки, затем попадают в аппарат Гольджи .

В аппарате Гольджи гликозилирование белков модифицируется и могут происходить дальнейшие посттрансляционные модификации , включая расщепление и функционализацию. Затем белки перемещаются в секреторные пузырьки, которые перемещаются по цитоскелету к краю клетки. В секреторных везикулах могут происходить дополнительные модификации (например, в секреторных везикулах инсулин отщепляется от проинсулина ).

В конце концов, происходит слияние пузырьков с клеточной мембраной в поросомах посредством процесса, называемого экзоцитозом , при котором их содержимое выбрасывается из окружающей среды клетки. [2]

Над этой последовательностью поддерживается строгий биохимический контроль за счет использования градиента pH : pH цитозоля составляет 7,4, pH ER составляет 7,0, а цис-гольджи имеет pH 6,5. Секреторные везикулы имеют pH от 5,0 до 6,0; некоторые секреторные везикулы превращаются в лизосомы , рН которых составляет 4,8.

Неклассическая секреция

Существует множество белков, таких как FGF1 (aFGF), FGF2 (bFGF), интерлейкин-1 (IL1) и т. д., которые не имеют сигнальной последовательности. Они не используют классический путь ER-Гольджи. Они секретируются различными неклассическими путями.

Описаны как минимум четыре неклассических (нетрадиционных) пути секреции белка. [3] К ним относятся:

Кроме того, белки могут высвобождаться из клеток при механическом или физиологическом повреждении [4] и через нелетальные, временные онкотические поры в плазматической мембране, индуцированные промыванием клеток бессывороточной средой или буферами. [5]

В тканях человека

Многие типы клеток человека обладают способностью быть секреторными клетками. У них хорошо развита эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи , выполняющий эту функцию. К тканям , вырабатывающим секрет, относятся желудочно-кишечный тракт , выделяющий пищеварительные ферменты и желудочную кислоту , легкие , выделяющие поверхностно-активные вещества , и сальные железы , выделяющие кожное сало для смазывания кожи и волос. Мейбомиевы железы век выделяют мейбум для смазывания и защиты глаза.

У грамотрицательных бактерий

Секреция не уникальна для эукариот — она также присутствует у бактерий и архей. Транспортеры типа АТФ-связывающей кассеты (ABC) являются общими для трех областей жизни. Некоторые секретируемые белки транслоцируются через цитоплазматическую мембрану с помощью транслокона SecYEG , одной из двух систем транслокации, которая требует присутствия N-концевого сигнального пептида на секретируемом белке. Другие транслоцируются через цитоплазматическую мембрану по пути транслокации двойного аргинина (Tat). Грамотрицательные бактерии имеют две мембраны, что топологически усложняет секрецию. У грамотрицательных бактерий существует по крайней мере шесть специализированных систем секреции. Многие секретируемые белки особенно важны в бактериальном патогенезе. [6]

Система секреции типа I (T1SS или TOSS)

Секреция типа I представляет собой шаперон-зависимую систему секреции, использующую кластеры генов Hly и Tol. Процесс начинается с того, что лидерная последовательность секретируемого белка распознается HlyA и связывает HlyB на мембране. Эта сигнальная последовательность чрезвычайно специфична для транспортера ABC. Комплекс HlyAB стимулирует HlyD, который начинает раскручиваться и достигает внешней мембраны, где TolC распознает терминальную молекулу или сигнал на HlyD. HlyD рекрутирует TolC на внутреннюю мембрану, а HlyA выводится за пределы внешней мембраны через длинный туннельный белковый канал.

Система секреции I типа транспортирует различные молекулы: от ионов, лекарств до белков различного размера (20–900 кДа). Секретируемые молекулы различаются по размеру: от небольшого пептида колицина V Escherichia coli (10 кДа) до белка клеточной адгезии LapA Pseudomonas fluorescens массой 520 кДа. [7] Наиболее изученными являются токсины RTX и липазы. Секреция типа I также участвует в экспорте небелковых субстратов, таких как циклические β-глюканы и полисахариды.

Система секреции типа II (T2SS)

Белки, секретируемые через систему типа II или главную терминальную ветвь общего секреторного пути, зависят от системы Sec или Tat для первоначального транспорта в периплазму . Оказавшись там, они проходят через внешнюю мембрану через мультимерный (12–14 субъединиц) комплекс порообразующих белков-секретинов. Помимо белка секретина, 10–15 других белков внутренней и внешней мембраны составляют полный аппарат секреции, функции многих из которых пока неизвестны. Грамотрицательные пили типа IV используют для своего биогенеза модифицированную версию системы типа II, и в некоторых случаях определенные белки являются общими для комплекса пилусов и системы типа II в пределах одного вида бактерий.

Система секреции III типа (T3SS или TTSS)

Он гомологичен базальному тельцу бактериальных жгутиков. Это похоже на молекулярный шприц, через который бактерия (например, некоторые виды сальмонелл , шигелл , иерсиний , вибрионов ) может вводить белки в эукариотические клетки. Низкая концентрация Ca 2+ в цитозоле открывает ворота, регулирующие ССТТ. Один из таких механизмов обнаружения низкой концентрации кальция был проиллюстрирован антигеном lcrV (Low Calcium Response), используемым Yersinia pestis , который используется для обнаружения низких концентраций кальция и вызывает прикрепление T3SS. Система Hrp в патогенах растений вводит в растения гарпины и эффекторные белки патогена посредством аналогичных механизмов. Эта система секреции была впервые обнаружена у Yersinia pestis и показала, что токсины могут быть инъецированы непосредственно из бактериальной цитоплазмы в цитоплазму клеток хозяина, а не просто секретироваться во внеклеточную среду. [8]

Система секреции типа IV (T4SS или TFSS)

Он гомологичен механизму конъюгации бактерий — конъюгативным пилям . Он способен транспортировать как ДНК, так и белки. Он был обнаружен у Agrobacterium tumefaciens , которая использует эту систему для введения части Т-ДНК плазмиды Ti в растение-хозяин, что, в свою очередь, вызывает развитие пораженного участка в коронковый галл (опухоль). Helicobacter pylori использует систему секреции IV типа для доставки CagA в эпителиальные клетки желудка, что связано с канцерогенезом желудка. [9] Bordetella pertussis , возбудитель коклюша, секретирует коклюшный токсин частично через систему IV типа. Legionella pneumophila , возбудитель легионеллеза (болезни легионеров), использует систему секреции типа IVB, известную как система ICM/dot ( внутриклеточное размножение / дефект в генах , пересылающих органеллы ) , для перемещения многочисленных эффекторных белков . в своего эукариотического хозяина. [10] Прототипом системы секреции типа IVA является комплекс VirB Agrobacterium tumefaciens . [11]

Белки этого семейства являются компонентами системы секреции IV типа. Они опосредуют внутриклеточный перенос макромолекул посредством механизма , родственного механизму бактериальной конъюгации . [12] [13]

Функция

Система секреции типа IV (T4SS) представляет собой общий механизм, с помощью которого бактериальные клетки секретируют или поглощают макромолекулы. Их точный механизм остается неизвестным. ССТ4 кодируется грамотрицательными конъюгативными элементами бактерий . T4SS представляют собой комплексы, охватывающие клеточную оболочку, или, другими словами, 11–13 основных белков, образующих канал, по которому ДНК и белки могут перемещаться из цитоплазмы клетки-донора в цитоплазму клетки-реципиента. T4SS также секретирует белки факторов вирулентности непосредственно в клетки-хозяева, а также поглощает ДНК из среды во время естественной трансформации . [14]

Состав

Как показано на рисунке выше, TraC, в частности, состоит из трехспирального пучка и рыхлого шаровидного придатка. [13]

Взаимодействия

T4SS имеет два эффекторных белка: во-первых, ATS-1, который обозначает транслоцируемый Anaplasma субстрат 1, и, во-вторых, AnkA , который обозначает белок A, содержащий домен анкириновых повторов. Кроме того, связывающими белками T4SS являются VirD4, которые связываются с VirE2. [15]

Система секреции типа V (T5SS)

Секреция типа V , также называемая системой аутотранспортера, [16] предполагает использование системы Sec для пересечения внутренней мембраны. Белки, использующие этот путь, обладают способностью образовывать бета-цилиндр со своим С-концом, который встраивается во внешнюю мембрану, позволяя остальной части пептида (домену-пассажиру) достигать внешней части клетки. Часто аутотранспортеры расщепляются, оставляя домен бета-бочонка на внешней мембране и освобождая пассажирский домен. Некоторые исследователи полагают, что остатки автотранспортеров дали начало поринам , которые образуют аналогичные структуры бета-бочонка. [ нужна цитация ] Типичным примером автотранспортера, который использует эту систему секреции, являются тримерные автотранспортеры-адгезины . [17]

Система секреции типа VI (T6SS)

Системы секреции типа VI были первоначально идентифицированы в 2006 году группой Джона Мекаланоса из Гарвардской медицинской школы (Бостон, США) у двух бактериальных патогенов, Vibrio cholerae и Pseudomonas aeruginosa . [18] [19] Они были выявлены, когда мутации в генах Hcp и VrgG у холерного вибриона привели к снижению вирулентности и патогенности. С тех пор системы секреции типа VI были обнаружены в четверти всех геномов протеобактерий, включая патогены животных, растений, человека, а также почвенных, экологических или морских бактерий. [20] [21] В то время как большинство ранних исследований секреции типа VI были сосредоточены на ее роли в патогенезе высших организмов, более поздние исследования показали более широкую физиологическую роль в защите от простых эукариотических хищников и ее роль в межбактериальных взаимодействиях. [22] [23] Кластеры генов системы секреции типа VI содержат от 15 до более чем 20 генов, два из которых, Hcp и VgrG, как было показано, являются практически универсально секретируемыми субстратами системы. Структурный анализ этих и других белков в этой системе имеет поразительное сходство с хвостовым шипом фага Т4, и считается, что активность системы функционально напоминает фаговую инфекцию. [24]

Высвобождение везикул наружной мембраны

Помимо использования перечисленных выше мультибелковых комплексов, грамотрицательные бактерии обладают еще одним способом высвобождения материала: образованием пузырьков наружной мембраны бактерий . [25] Части внешней мембраны отщипываются, образуя наноразмерные сферические структуры, состоящие из богатого липополисахаридами липидного бислоя, содержащего периплазматические материалы, и используются для перемещения мембранных везикул с целью манипулирования окружающей средой или проникновения на границу раздела хозяин-патоген . Было обнаружено, что везикулы ряда видов бактерий содержат факторы вирулентности, некоторые обладают иммуномодулирующим действием, а некоторые могут напрямую прикрепляться к клеткам-хозяевам и отравлять их. Было продемонстрировано, что высвобождение везикул является общей реакцией на стрессовые условия, процесс загрузки белков-грузов, по-видимому, является избирательным. [26]

У грамположительных бактерий

У некоторых видов Staphylococcus и Streptococcus дополнительная секреторная система обеспечивает экспорт высокоповторяющихся адгезионных гликопротеинов.

Смотрите также

Рекомендации

[27]

  1. ^ Ли Дж.С., Джеремик А., Шин Л., Чо В.Дж., Чен X, Йена Б.П. (июль 2012 г.). «Нейрональный поросомный протеом: молекулярная динамика и архитектура». Журнал протеомики . 75 (13): 3952–62. дои : 10.1016/j.jprot.2012.05.017. ПМК  4580231 . ПМИД  22659300.
  2. ^ Андерсон Л.Л. (2006). «Открытие поросомы: универсального секреторного механизма в клетках». Журнал клеточной и молекулярной медицины . 10 (1): 126–31. doi :10.1111/j.1582-4934.2006.tb00294.x. ПМЦ 3933105 . ПМИД  16563225. 
  3. ^ Никель В., Зеедорф М. (2008). «Нетрадиционные механизмы транспорта белков на клеточную поверхность эукариотических клеток». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 24 : 287–308. doi : 10.1146/annurev.cellbio.24.110707.175320. ПМИД  18590485.
  4. ^ Макнил П.Л., Стейнхардт Р.А. (2003). «Нарушение плазматической мембраны: восстановление, профилактика, адаптация». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 19 : 697–731. doi : 10.1146/annurev.cellbio.19.111301.140101. ПМИД  14570587.
  5. ^ Кирико WJ (октябрь 2011 г.). «Высвобождение белка через нелетальные онкотические поры как альтернативный неклассический путь секреции». Клеточная биология BMC . 12:46 . дои : 10.1186/1471-2121-12-46 . ПМК 3217904 . ПМИД  22008609. 
  6. ^ Вулдридж, К., изд. (2009). Бактериальные секретируемые белки: секреторные механизмы и роль в патогенезе . Кайстер Академик Пресс. ISBN 978-1-904455-42-4.[ нужна страница ]
  7. ^ Бойд CD, Смит Т.Дж., Эль-Кират-Шатель С., Ньюэлл П.Д., Дюфрен Ю.Ф., О'Тул Г.А. (август 2014 г.). «Структурные особенности адгезина биопленки Pseudomonas fluorescens LapA, необходимого для LapG-зависимого расщепления, образования биопленки и локализации на клеточной поверхности». Журнал бактериологии . 196 (15): 2775–88. дои : 10.1128/JB.01629-14. ПМЦ 4135675 . ПМИД  24837291. 
  8. ^ Сальерс, А.А. и Уитт, Д.Д. (2002). Бактериальный патогенез: молекулярный подход , 2-е изд., Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. ISBN 1-55581-171-X [ необходима страница ] 
  9. ^ Хатакеяма М., Хигаси Х. (декабрь 2005 г.). «Helicobacter pylori CagA: новая парадигма бактериального канцерогенеза». Раковая наука . 96 (12): 835–43. дои : 10.1111/j.1349-7006.2005.00130.x . PMID  16367902. S2CID  5721063.
  10. ^ Каскалес Э, Кристи П.Дж. (ноябрь 2003 г.). «Универсальные системы секреции бактерий IV типа». Обзоры природы. Микробиология . 1 (2): 137–49. doi : 10.1038/nrmicro753. ПМЦ 3873781 . ПМИД  15035043. 
  11. ^ Кристи П.Дж., Атмакури К., Кришнамурти В., Якубовски С., Каскалес Э. (2005). «Биогенез, архитектура и функции систем секреции бактерий IV типа». Ежегодный обзор микробиологии . 59 : 451–85. doi : 10.1146/annurev.micro.58.030603.123630. ПМЦ 3872966 . ПМИД  16153176. 
  12. ^ Christie PJ (ноябрь 2004 г.). «Секреция типа IV: Agrobacterium VirB/D4 и родственные системы конъюгации». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1694 (1–3): 219–34. дои : 10.1016/j.bbamcr.2004.02.013. ПМЦ 4845649 . ПМИД  15546668. 
  13. ^ ab Yeo HJ, Юань Q, Бек MR, барон C, Ваксман G (декабрь 2003 г.). «Структурная и функциональная характеристика белка VirB5 из системы секреции типа IV, кодируемого конъюгативной плазмидой pKM101». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 100 (26): 15947–52. Бибкод : 2003PNAS..10015947Y. дои : 10.1073/pnas.2535211100 . JSTOR  3149111. PMC 307673 . ПМИД  14673074. 
  14. ^ Лоули Т.Д., Климке В.А., Габбинс М.Дж., Фрост Л.С. (июль 2003 г.). «Конъюгация F-фактора - это настоящая система секреции типа IV». Письма FEMS по микробиологии . 224 (1): 1–15. дои : 10.1016/S0378-1097(03)00430-0 . ПМИД  12855161.
  15. ^ Рикихиса Ю, Лин М, Ню Х (сентябрь 2010 г.). «Секреция типа IV у облигатной внутриклеточной бактерии Anaplasma phagocytophilum». Клеточная микробиология . 12 (9): 1213–21. дои : 10.1111/j.1462-5822.2010.01500.x. ПМЦ 3598623 . ПМИД  20670295. 
  16. ^ Танасси Д.Г., Статопулос С., Каркал А., Ли Х (2005). «Секреция белка в отсутствие АТФ: аутотранспортер, двухпартнерская секреция и шаперонно-проводниковые пути грамотрицательных бактерий (обзор)». Молекулярная мембранная биология . 22 (1–2): 63–72. дои : 10.1080/09687860500063290. PMID  16092525. S2CID  2708575.
  17. ^ Герлах Р.Г., Хензель М. (октябрь 2007 г.). «Системы секреции белков и адгезины: молекулярный арсенал грамотрицательных патогенов». Международный журнал медицинской микробиологии . 297 (6): 401–15. doi :10.1016/j.ijmm.2007.03.017. ПМИД  17482513.
  18. ^ Пукацки С., Ма А.Т., Стертевант Д., Крастинс Б., Саррачино Д., Нельсон В.К., Гейдельберг Дж.Ф., Мекаланос Дж.Дж. (январь 2006 г.). «Идентификация консервативной системы секреции бактериального белка в Vibrio cholerae с использованием модельной системы хозяина Dictyostelium». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (5): 1528–33. Бибкод : 2006PNAS..103.1528P. дои : 10.1073/pnas.0510322103 . JSTOR  30048406. PMC 1345711 . ПМИД  16432199. 
  19. ^ Mougous JD, Cuff ME, Raunser S, Shen A, Zhou M, Gifford CA, Goodman AL, Joachimiak G, Ordoñez CL, Lory S, Walz T, Joachimiak A, Mekalanos JJ (июнь 2006 г.). «Локус вирулентности Pseudomonas aeruginosa кодирует аппарат секреции белка». Наука . 312 (5779): 1526–30. Бибкод : 2006Sci...312.1526M. дои : 10.1126/science.1128393. ПМК 2800167 . ПМИД  16763151. 
  20. ^ Бингл Л.Е., Бейли СМ, ​​Паллен М.Дж. (февраль 2008 г.). «Секреция типа VI: руководство для начинающих» (PDF) . Современное мнение в микробиологии . 11 (1): 3–8. дои : 10.1016/j.mib.2008.01.006. ПМИД  18289922.
  21. ^ Каскалес Э (август 2008 г.). «Набор инструментов для секреции типа VI». Отчеты ЭМБО . 9 (8): 735–41. дои : 10.1038/embor.2008.131. ПМК 2515208 . ПМИД  18617888. 
  22. ^ Шварц С., Худ Р.Д., Мугос Дж.Д. (декабрь 2010 г.). «Что делает секреция типа VI во всех этих жуках?». Тенденции в микробиологии . 18 (12): 531–7. дои : 10.1016/j.tim.2010.09.001. ПМЦ 2991376 . ПМИД  20961764. 
  23. ^ Кулхерст SJ (2013). «Система секреции типа VI - широко распространенная и универсальная система нацеливания на клетки». Исследования в области микробиологии . 164 (6): 640–54. doi :10.1016/j.resmic.2013.03.017. ПМИД  23542428.
  24. ^ Сильверман Дж. М., Брюне Ю. Р., Каскалес Э., Мугус Дж. Д. (2012). «Структура и регуляция системы секреции VI типа». Ежегодный обзор микробиологии . 66 : 453–72. doi : 10.1146/annurev-micro-121809-151619. ПМК 3595004 . ПМИД  22746332. 
  25. ^ Куэн MJ, Кести, Северная Каролина (ноябрь 2005 г.). «Бактериальные везикулы наружной мембраны и взаимодействие хозяина и патогена». Гены и развитие . 19 (22): 2645–55. дои : 10.1101/gad.1299905 . ПМИД  16291643.
  26. ^ Макбрум AJ, Куэн MJ (январь 2007 г.). «Высвобождение везикул внешней мембраны грамотрицательными бактериями является новой реакцией на стресс оболочки». Молекулярная микробиология . 63 (2): 545–58. дои : 10.1111/j.1365-2958.2006.05522.x. ПМК 1868505 . ПМИД  17163978. 
  27. ^ З. Эсна Ашари, Н. Дасгупта, К. Брайтон и С. Брошат, «Оптимальный набор функций для прогнозирования эффекторных белков системы секреции типа IV для подмножества видов на основе многоуровневого подхода к выбору признаков», PLOS ONE Журнал, 2018, 13, е0197041. (doi.org/10.1371/journal.pone.0197041.)

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Поищите секрет в Викисловаре, бесплатном словаре.