stringtranslate.com

Кёрли

Пробиотически-ассоциированные терапевтические гибриды курли (PATCH) [1]

Белок Curli — это тип амилоидных волокон, вырабатываемых определенными штаммами энтеробактерий . Это внеклеточные волокна, расположенные на таких бактериях, как E. coli и Salmonella spp. [2] Эти волокна способствуют поведению клеточного сообщества посредством образования биопленки во внеклеточном матриксе . Амилоиды связаны с несколькими нейродегенеративными заболеваниями человека, такими как болезнь Альцгеймера, болезнь Хантингтона, болезнь Паркинсона и прионные заболевания. [2] [3] Изучение курли может помочь понять заболевания человека, которые, как считается, возникают из-за неправильного образования амилоидных волокон. [2] Пили курли обычно собираются посредством пути преципитации внеклеточного зародышеобразования. [4]

Биосинтез и регуляция генов

Удобным способом идентификации генов, важных для производства курли, является выращивание курлиозных бактерий на чашках Петри с добавлением диазокрасителя Конго красный, который вызывает красное смещение. [5] Курлиозные волокна и, следовательно, белок курли кодируются двумя дивергентно транскрибируемыми оперонами в E. coli: оперонами csgBAC и csgDEFG. В общей сложности эти опероны кодируют по меньшей мере семь белков. Опероны agfBA и agfDEFG, которые были идентифицированы в Salmonella spp., гомологичны оперонам csgBAC и csgDEFG. [6] [7] Оперон csgBAC отвечает за кодирование трех белков CsgB, CsgA и CsgC — все они отвечают либо за формирование основной субъединицы в курлиозном волокне, либо за его ингибирование. [7] Оперон csgDEFG кодирует белки CsgD, CsgE, CsgF и CsgG и отвечает за сборку, транслокацию и регуляцию белка курли. [7]

CsgD является положительным транскрипционным регулятором оперона csgBAC, но не регулирует свою собственную экспрессию. Оперон csgBA кодирует основную структурную субъединицу курли, CsgA, а также белок-нуклеатор, CsgB. Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы выяснить, что стимулирует экспрессию или активность CsgD, но некоторые данные свидетельствуют о том, что его активация вызвана фосфорилированием остатка аспарагиновой кислоты N-концевого домена приемника. Поскольку CsgD должен присутствовать для активности промотора csgBA, предполагается, что регуляторы экспрессии CsgD также влияют на экспрессию csgBA. [2]

Многие экологические сигналы играют роль в экспрессии гена курли. Долгое время считалось, что рост бактерий при температуре ниже 30 °C стимулирует экспрессию гена курли. [2] Однако теперь известно, что экспрессия курли зависит от штамма и состояния. Например, мутации промотора CsgD могут привести к экспрессии курли при 37 °C. [8] Кроме того, при недостатке соли и питательных веществ, таких как азот, фосфат или железо, стимулируется экспрессия гена курли. [2]

Функции

Амилоиды связаны с такими заболеваниями, как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, болезнь Хантингтона, волчанка и многими другими. [7] [9] Белок курли считается PAMP ( патоген-ассоциированным молекулярным паттерном ); его структура β-листа распознается врожденной иммунной системой и активирует TLR2 (Toll-подобный рецептор 2). [7] Затем это вызывает нисходящий ответ, вызывая провоспалительный ответ, при котором провоспалительные цитокины и хемокины привлекаются для инициирования воспалительного ответа. [7]

Однако у Curli есть дополнительные функции (таким образом, его называют «функциональным амилоидом» [9] ), в том числе он является основным компонентом биопленки, создаваемой грамотрицательными бактериями, такими как E. coli и Salmonella spp. [6] [7] [9] Эти биопленки позволяют грамотрицательным бактериям лучше колонизировать данную среду, защищая их от окислительного стресса и обезвоживания. [6] [7] Однако эти биопленки вызывают большую озабоченность. Поскольку эти биопленки позволяют бактериям выживать под воздействием химических и физических стрессоров в их среде, они не только делают пациентов более восприимчивыми к инфекции при использовании общих приборов, но и, как было показано, Curli и другие биопленки снижают иммунный ответ инфицированных людей и противомикробные препараты. [6] Белки Curli и биопленки одинаково устойчивы к химическим стрессорам до такой степени, что для того, чтобы Curli разложился или растворился в додецилсульфате натрия ( SDS ) , требуется более сильная предварительная обработка . [6]

Образующиеся волокна курли участвуют во многих различных типах и функциях в клетке, таких как агрегация клеток, действуют как адгезив для различных белков на поверхности клетки, используются в образовании биопленки определенных бактерий и содержат химические вещества для определения кворума, а также играют важную роль в воспалительной реакции у людей. [10] Образование курли также должно строго регулироваться, поскольку его накопление приводит к амилоидоподобным агрегациям белков в организме, что приводит к разрушению пути и мешает клеточной сигнализации. [11]

Структура

Основные компоненты (субъединицы) белка курли состоят из белков CsgA и CsgB.

CsgA

CsgA является основной субъединицей белка курли и весит приблизительно 13,1 килодальтон. Этот белок состоит из трех доменов, которые имеют тенденцию к агрегации и формированию амилоидных фибрилл: один пептид, 22-аминокислотная N-концевая последовательность (используется для секреции) и домен амилоидного ядра в C-концевой последовательности. [6] [9] Домен амилоидного ядра состоит из 5 повторяющихся (но не точных) последовательностей, вращающихся вокруг последовательности: Ser-X 5 -Gln-X-Gly-X-Gly-Asn-X-Ala-X 3 -Gln. [9] Эта повторяющаяся последовательность является характерной субъединицей, которая образует его агрегируемый β-слой . [9]

CsgB

CsgB, также известный как минорная субъединица, необходим для зарождения и организации CsgA в волокно курли на поверхности клеток. [7] CsgB имеет очень похожую повторяющуюся последовательность с CsgA, за исключением того, что одна из 5 повторяющихся последовательностей содержит дополнительные аминокислоты: Lys133, Arg140, Arg14 и Arg151. [6] Это изменение в конечной субъединице (известной как субъединица R5) является обязательным. Без присутствия субъединицы R5 или изменений внутри субъединицы CsgA секретируется из клетки в неполимеризованной форме и не может должным образом формироваться на поверхности клеток. [6] [9]

CsgC

Субъединица CsgC была обнаружена совсем недавно для предотвращения агрегации и полимеризации белка CsgA. Без нее существует вероятность образования амилоидных фибрилл и даже гибели клеток. [7] Многочисленные эксперименты по изоляции CsgC от субъединиц CsgA и CsgB привели к агрегации CsgA в фибриллы, что может привести к последующим эффектам, наблюдаемым при таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера. [6] Молярное соотношение, необходимое для того, чтобы CsgC ингибировал CsgA, составляет 1:500, то есть требуется всего 1 белок CsgC для ингибирования образования 500 белков CsgA структур амилоидных фибрилл. [6] [12] Предполагается, что CsgC поэтому считается шапероном, поскольку он предотвращает дальнейшее зарождение CsgA и позволяет CsgA формироваться в свою правильную структуру вместо агрегации. [6]

Ссылки

  1. ^ Praveschotinunt P, Duraj-Thatte AM, Gelfat I, Bahl F, Chou DB, Joshi NS (декабрь 2019 г.). «Сконструированная E. coli Nissle 1917 для доставки терапевтических доменов, связанных с матриксом, в кишечник». Nature Communications . 10 (1): 5580. Bibcode :2019NatCo..10.5580P. doi :10.1038/s41467-019-13336-6. PMC  6898321 . PMID  31811125.
  2. ^ abcdef Barnhart MM, Chapman MR (2006). «Биогенез и функция Curli». Annual Review of Microbiology . 60 : 131–147. doi : 10.1146/annurev.micro.60.080805.142106. PMC 2838481. PMID 16704339  . 
  3. ^ Chapman MR, Robinson LS, Pinkner JS, Roth R, Heuser J, Hammar M и др. (февраль 2002 г.). «Роль оперонов Escherichia coli curli в управлении образованием амилоидных волокон». Science . 295 (5556): 851–855. Bibcode :2002Sci...295..851C. doi :10.1126/science.1067484. PMC 2838482 . PMID  11823641. 
  4. ^ Hammar M, Bian Z, Normark S (июнь 1996 г.). «Зависимая от нуклеатора межклеточная сборка адгезивных органелл курли в Escherichia coli». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 93 (13): 6562–6566. Bibcode : 1996PNAS...93.6562H. doi : 10.1073 /pnas.93.13.6562 . PMC 39064. PMID  8692856. 
  5. ^ Collinson SK, Doig PC, Doran JL, Clouthier S, Trust TJ, Kay WW (январь 1993 г.). «Тонкие, агрегированные фимбрии опосредуют связывание Salmonella enteritidis с фибронектином». Journal of Bacteriology . 175 (1): 12–18. doi :10.1128/jb.175.1.12-18.1993. PMC 196092 . PMID  8093237. 
  6. ^ abcdefghijk Van Gerven N, Klein RD, Hultgren SJ, Remaut H (ноябрь 2015 г.). «Бактериальное амилоидное образование: структурные аспекты биогенеза курли». Trends in Microbiology . 23 (11): 693–706. doi :10.1016/j.tim.2015.07.010. PMC 4636965 . PMID  26439293. 
  7. ^ abcdefghij Tursi SA, Tükel Ç (декабрь 2018 г.). «Керлисодержащие кишечные биопленки внутри и снаружи: состав матрицы, иммунное распознавание и последствия заболеваний». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 82 (4): e00028–18, /mmbr/82/4/e00028–18.atom. doi :10.1128/MMBR.00028-18. PMC 6298610. PMID  30305312. 
  8. ^ Uhlich GA, Keen JE, Elder RO (май 2001 г.). «Мутации в промоторе csgD, связанные с вариациями в экспрессии curli в определенных штаммах Escherichia coli O157:H7». Applied and Environmental Microbiology . 67 (5): 2367–2370. Bibcode :2001ApEnM..67.2367U. doi :10.1128/AEM.67.5.2367-2370.2001. PMC 92880 . PMID  11319125. 
  9. ^ abcdefg Evans ML, Chapman MR (август 2014). «Биогенез курли: порядок из беспорядка». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1843 (8): 1551–1558. doi :10.1016/j.bbamcr.2013.09.010. PMC 4243835. PMID  24080089 . 
  10. ^ Botyanszki, Zsofia; Tay, Pei Kun R.; Nguyen, Peter Q.; Nussbaumer, Martin G.; Joshi, Neel S. (октябрь 2015 г.). «Сконструированные каталитические биопленки: сайт-специфическая иммобилизация ферментов на нановолокнах E. coli curli: каталитические биопленки с использованием сконструированных волокон Curli». Биотехнология и биоинженерия . 112 (10): 2016–2024. doi : 10.1002/bit.25638 . PMID  25950512. S2CID  9350467.
  11. ^ Эванс, Марджери Л.; Чепмен, Мэтью Р. (август 2014 г.). «Биогенез курли: порядок из беспорядка». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1843 (8): 1551–1558. doi :10.1016/j.bbamcr.2013.09.010. ISSN  0006-3002. PMC 4243835. PMID 24080089  . 
  12. ^ Evans ML, Chorell E, Taylor JD, Åden J, Götheson A, Li F и др. (февраль 2015 г.). «Бактериальная система курли обладает мощным и селективным ингибитором образования амилоида». Molecular Cell . 57 (3): 445–455. doi :10.1016/j.molcel.2014.12.025. PMC 4320674 . PMID  25620560. 

Дальнейшее чтение