제2형 분비 시스템 세크레틴의 현장 구조에 의해 밝혀진 막 전위 과정

Nature Communications 14권, 기사 번호: 4025(2023) 이 기사 인용

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이 기사에 대한 저자 수정 사항은 2023년 8월 10일에 게시되었습니다.

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GspD 세크레틴은 설사, 콜레라와 같은 심각한 질병을 일으키는 다양한 독소를 분비하는 박테리아 유형 II 분비 시스템(T2SS)의 외부 막 채널입니다. GspD는 기능을 발휘하기 위해 내부 막에서 외부 막으로 이동해야 하며, 이 과정은 T2SS가 조립되는 필수 단계입니다. 여기에서는 지금까지 대장균에서 발견된 두 가지 유형의 세크레틴인 GspDα 및 GspDβ를 조사합니다. 전자 저온 단층 촬영 평균화를 통해 우리는 전위 과정에서 GspDα 및 GspDβ의 주요 중간 상태의 현장 구조를 9Å에서 19Å 범위의 해상도로 결정합니다. 우리의 결과에서 GspDα와 GspDβ는 완전히 다른 막 상호 작용 패턴과 펩티도글리칸 층을 전환하는 방법을 나타냅니다. 이것으로부터 우리는 GspDα와 GspDβ의 막 전좌에 대한 두 가지 별개의 모델을 가정하여 T2SS 세크레틴의 내부에서 외부 막 생물 발생에 대한 포괄적인 관점을 제공합니다.

박테리아 세포 외피에 위치한 단백질 복합체인 분비 시스템은 박테리아에 의해 생존과 병원성을 촉진하는 독성 관련 기질을 생성하는 데 활용됩니다1. 분비 시스템 중 유형 II 분비 시스템(T2SS)은 비병원성 대장균(E. coli), Enterotoxigenic E. coli(ETEC), Enteropathogenic E. coli(EPEC), Vibrio를 포함한 Proteobacteria 종에 광범위하게 존재하고 기능합니다. 콜레라, 클렙시엘라 뉴모니애, 및 에어로모나스 하이드로필라2. 비병원성 세균에서 T2SS 기질은 환경으로부터 영양분 흡수를 촉진하거나 식물이나 동물과의 공생을 촉진할 수 있는 반면, 병원성 세균에서는 T2SS 기질이 숙주와의 부착을 돕고, 숙주 세포를 중독시키고, 숙주의 면역력을 억제하여 다양한 질병을 일으킬 수 있습니다3. T2SS의 다양한 기질 기능과 독성 및 질병과의 밀접한 관련성을 통해 박테리아 기능을 이해하고 항균 전략을 개발하려면 그 구조와 작동 메커니즘을 아는 것이 필요합니다.

T2SS의 외막 구성요소는 세크레틴(secretin)으로 큰 채널 구조를 구성하고 내막의 단백질 지지체와 연결되며 기질 수송의 마지막 단계를 제어합니다2. Proteobacteria 종의 T2SS 세크레틴에 대한 계통발생학적 분석은 두 가지 유형을 보여주었습니다: Klebsiella 및 Dickeya에서 발견되는 Klebsiella 유형 세크레틴; Vibrio, ETEC 및 EPEC4에서 발견되는 Vibrio형 세크레틴이 포함됩니다. 두 세크레틴 유형의 구조는 모두 N0-N3 도메인, 중앙 게이트 영역이 있는 세크레틴 도메인 및 S 도메인5,6,7,8,9,10을 포함하는 원통형 채널로 나타납니다. 그러나 막횡단 영역에서는 다릅니다. 비브리오형 세크레틴은 α7과 α8 나선 사이에 약 20개의 추가 아미노산을 가지고 있어 지붕처럼 채널의 중심 축을 향해 위쪽과 안쪽으로 연장되는 루프를 형성하여 캡 게이트를 구성합니다. Klebsiella 유형 세크레틴에는 캡 게이트가 없습니다5,6,7,8,9,10. 이는 두 세크레틴 유형의 제안된 막횡단 영역 높이의 차이를 직접적으로 유발하며, 이는 막과 상호작용하는 다양한 방식을 제공할 수 있습니다. T2SS의 현장 구조는 레지오넬라 뉴모필라(Legionella pneumophila)에서 시각화되었으며, 이는 T2SS의 구조와 세크레틴11의 막 상호작용을 나타냅니다. 그러나 해상도는 수 나노미터로 제한되어 구조에서 더 자세한 내용을 관찰하는 데 방해가 됩니다. 현장에서 세크레틴의 고해상도 구조를 연구하면 세포 환경에서 발생하는 가능한 생물학적 과정을 밝혀내고 조립 과정과 메커니즘에 대한 보다 완전한 이해를 제공할 수 있습니다. 이 환경은 시험관 내에서 정확하게 시뮬레이션할 수 없으며 세크레틴 행동에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다.