Аутолизины представляют собой эндогенные литические ферменты , которые расщепляют пептидогликановые компоненты биологических клеток , что позволяет отделять дочерние клетки после клеточного деления. [1] [2] [3] [4] [5] Они участвуют в росте клеток, метаболизме клеточной стенки, делении и разделении клеток, а также в обмене пептидогликана и имеют функции, аналогичные лизоцимам. [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 при отсутствии контроля потенциально считаются смертельными ферментами. [7] Они нацелены на гликозидные связи, а также на сшитые пептиды пептидогликанового матрикса. [8] Пептидогликановый матрикс обеспечивает стабильность клеточной стенки, защищает от изменений тургора и выполняет функцию иммунологической защиты. [9] [10] Эти ферменты расщепляют пептидогликановый матрикс на небольшие участки, обеспечивая биосинтез пептидогликана. [4] Аутолизины расщепляют старый пептидогликан, что позволяет образовывать новые пептидогликаны для роста и удлинения клеток. Это называется обновлением клеточной стенки. [6] Аутолизины делают это путем гидролиза β-(1,4) гликозидной связи пептидогликановой клеточной стенки и связи между N-ацетилмурамоильными остатками и L-аминокислотными остатками некоторых гликопептидов клеточной стенки. [4] Этот фермент катализирует следующую химическую реакцию :
Этот гликопротеин присутствует в гаметах Chlamydomonasrainhardtii .
Грамположительные бактерии регулируют аутолизины с помощью молекул тейхоевой кислоты, прикрепленных к тетрапептиду пептидогликанового матрикса.
Антибиотики комплестатин и корбомицин предотвращают ремоделирование аутолизином клеточной стенки путем связывания с пептидогликаном, тем самым останавливая рост бактерий. [11] Амидные связи между стволовым пептидом и лактильной частью мурамоильного остатка расщепляются N-ацетилмурамоил-1-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, кто был иммунизирован аутолизином, смогли выжить дольше, чем инфицированные мыши. Это исследование смогло подтвердить вклад аутолизина в вирулентность и потенциал вакцинного антигена. [12]
LytC и CwlC — две амидазы из семейства LytC, которые гидролизуют пептидогликан стенки материнской клетки, обеспечивая высвобождение зрелой эндоспоры. CwlC обнаруживается непосредственно в стенке материнской клетки. [6]
Совместная экспрессия генов lytC, lytD и lytF приводит к подвижности жгутиков и контролируется активностью сигма-фактора хемотаксиса σ D . Пик активности этого сигма-фактора приходится на начало стационарной фазы. [6]
Аутолизины естественным образом продуцируются бактериями, содержащими пептидогликаны, но чрезмерное их количество приводит к разрушению матрикса пептидогликана и вызывает разрыв клетки из-за осмотического давления . Предыдущие исследования показали, что побочные продукты аутолизина при разрушении клеточной стенки обладают высокой иммуногенностью. [12] У бактерий Bacillus subtilis в клеточных стенках обнаруживалось потенциально смертельное количество аутолизина. [6] У Streptococcus pneumoniae было обнаружено, что N-ацетилмурамоил-1-аланинамидаза, аутолизин клеточной стенки, может способствовать патогенезу благодаря своей способности разрушать стенки или лизировать часть вторгшихся пневмококков и выделять потенциально смертельные токсины. в клетку. Исследователи изучили функцию, структуру и способность к клонированию 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 находится в клеточной стенке. Было обнаружено, что LytB, неавтолизин, усиливает активность LytC. [6] LytC и LytA взаимодействуют и функционируют вместе, обеспечивая лизис и гибель клеток. [13]
CwlC обнаруживается в стенке материнской клетки и участвует в лизисе стенки материнской клетки. [6] CwlC не имеет сигнальной последовательности, но участвует в поздней споруляции и присутствует в клеточной стенке. [14] [15] У B. subtilis было обнаружено, что CwlC способен гидролизовать как вегетативные клеточные стенки, так и споровый пептидогликан. [14]
Это семейство аутолизина состоит только из самого LytD. LytD обеспечивает вегетативный рост. Аутолитическая активность обнаруживается в С-концевой области с каталитическим доменом, гомологичным домену глюкозаминидазы. LytD обнаружен в клеточной стенке. Активность LytD была изучена у B. subtilis, а активность глюкозаминидазы была обнаружена в зрелых гликановых цепях благодаря присутствию MurNAc на невосстанавливающих концах. [6]