Бактериальная система секреции белков первого типа
ens и
металлопротеазы Erwinia chrysanthemi указывают на немного иной порядок
событий. По этой модели, ABC-транспортер и MFP не связываются перед
закреплением субстрата. Субстрат в первую очередь связывается с ABC-
транспортером, затем образовавшийся комплекс ассоциируется с MFP, и только
потом происходит связывание с OMP, после чего происходит секреция
субстрата. Для определения правильной модели, или для уточнения возможных
индивидуальных отличий в функционировании аппарата секреции первого типа
необходимы дальнейшие исследования (D. Thanassi еt al., 2000).
Было установлено, что ОМР системы секреции ?-гемолизина (TolC),
используется также в системе секреции колицина V и в некоторых других
системах, например при сегрегации хромосом, а также он может формировать
канал во внешней мембране, специфический для медикаментов. ОМР системы
секреции гемопротеина S. marcescens, называемый HasF, является в высокой
мере идентичным с TolC E. сoli. Для воссоздания секреции HasА у E. сoli
необходимо наличие в качестве ОМР либо TolC, либо HasF, либо PrtF. Такие
гибридные секреторные системы функционируют как для секреции HasA, так и
для секреции протеазы. Это является типичным примером комплементации ОМР
(R. Binet et al., 1997). В частности, степень гомологии между компонентами
системы секреции липазы S. marcescens, белками lipB, lipC, lipD и
компонентами транспортера металлопротеазы Er. chrysanthemi PrtD, PrtE, PrtF
составляет 45-55%. А гомология между LipB и LipC, и HasD, и HasE у S.
marcescens составляет 45-53%. Эти показатели считаются довольно высокими
(H. Akatsuka et al., 1998). Однако было выявлено, что не все комбинации
между компонентами гибридных секреторных систем являются активными. Так,
HasE формирует активные экспортеры и с PrtF, и с TolC, тогда как PrtE может
формировать активный экспортер только с PrtF, но не с TolC. Исследования
этих мультибелковых комплексов in vitro подтвердили существование некоторых
функциональных различий между HasE и PrtE. Полученные результаты могут быть
полезными при определении сайтов, ответственных за связывание MFP и OMP (H.
Akatsuka et aj., 1998).
С другой стороны, исследования in vivo и in vitro показывают, что HasD и
PrtD могут образовывать активные секреторные системы с PrtE и HasE в любых
комбинациях (H. Akatsuka et al., 1998).
Также были проведены исследования по изучению секреции липазы LipA S.
marcescens посредством систем LipB-LipC-LipD и HasD-HasE-HasF. В результате
опытов было выяснено, что HasD-HasE-HasF-транспортер осуществляет секрецию
LipA так же эффективно, как и LipB-LipC-LipD. LipB-HasE-HasF-система могла
производить секрецию LipA, но не была способна секретировать HasA, система
HasD-Lip-CLipD не была способна к секреции обоих субстратов (H. Akatsuka et
al., 1998).
В случае экспериментов с системами секреции липазы LipA S. marcescens и
металлопротеазы PrtC E. chrysanthemi были получены сходные результаты,
приведенные в таблице:
Таблица 1
Эффективность гибридных систем секреции (по H. Akatsuka et al., 1998).
[pic]
Не все комбинации компонентов привели к формированию эффективных систем
секреции. Полученные результаты позволили сделать некоторые конкретные
выводы. В частности, что PrtD-PrtE-LipD-система не способна экспортировать
ни LipA, ни PrtC, в то время как, LipB-LipC-PrtF-система оказалась
настолько же функциональной для LipA секреции в E. coli как и в S.
marcescens. PrtE может взаимодействовать только с PrtF, тогда как HasE и
LipC показывают более широкие возможности связывания с различными белками.
Было также установлено, что PrtD не может ассоциироваться с LipC, а LipB-
PrtE-PrtF-система является очень неэффективной в отношении экспорта LipA и
PrtС (H. Akatsuka et al., 1998).
В ходе исследований было установлено влияние шаперона SecB на процесс
секреции HasA у S. marcescens. Точное его значение на данный момент не
установлено, но было показано, что инактивация этого шаперона приводит к
блокированию секреции HasA (P. Delepelaire et al., 1998).
К настоящему времени установлено строение систем секреции первого типа у
многих микроорганизмов, некоторые из них приведены в таблице 2. Однако
остается довольно большое количество секреторных систем неполного состава,
для которых остаются невыясненными либо некоторые компоненты, либо
субстраты (M. J. Fath еt al., 1993).
Таблица2
Некоторые системы секреции первого типа (по M. J. Fath еt al., 1993).
[pic]
ABC-транспортеры
Семейство АВС–транспортеров включает в себя специфические АТФ-связывающие
белки-транслокаторы. В 1993 году M. J. Fath (M. Fath еt al., 1993)
предложил классифицировать их на три группы: эукариотические АВС-
транспортеры, бактериальные АВС-ипортеры и бактериальные АВС-экспортеры, на
рис.2 представлено строение некоторых из них. Характерно, что ABC-белки
являются консервативными и осуществляют трансмембранный перенос большого
количества субстратов как в прокариотических, так и в эукариотических
клетках. Они наиболее часто состоят из двух закрепленных в мембране
гидрофобных и двух консервативных гидрофильных АТФ-связывающих доменов. Эти
домены могут быть как частями одного полипептида, так и нескольких
отдельных полипептидов. В опытах in vitro было показано, что в ряде случаев
этих четырех доменов одного или нескольких полипептидов оказывается
достаточно для осуществления трансмембранного перемещения растворов. И все
же большинство бактериальных ABC-транспортных систем включает в себя
различные дополнительные белки. Этими дополнительными белками являются MFP
и OMP (R. Binet et al., 1997).
АВС-импортеры имеют строение, сходное со всеми остальными представителями
транспортных АТФ-аз. Но при образовании транспортной системы они
присоединяют иные компоненты. В системах, осуществляющих импорт,
отсутствуют характерные для системы первого типа OMP и MFP. Вместо них
присутствует особый периплазматический белок, который связывается с
импортируемым субстратом и предоставляет его АТФ-азе для непосредственного
переноса (M. Fath еt al., 1993).
Помимо АВС-экспортеров, осуществляющих транспорт белков, в бактериальных
клетках существует обширная группа АВС-экспортеров, выполняющих транспорт
небелковых субстратов, например, полисахаридов и ионов. Характерной
особенностью этих переносчиков является то, что они сами образуют активную
транспортную систему и не требуют никаких дополнительных белков. Транспорт
в этом случае осуществляется не во внеклеточное пространство, а в
периплазму (M. Saier, 2000).
Подобные АВС-транспортеры обнаружены как в клетках грамположительных и
грамотрицательных бактерий, так и в эукариотических клетках (M. Fath еt
al., 1993).
[pic]
Рис. 2. Строение АВС-транспортеров (по M. Fath еt al., 1993).
Организация генов, кодирующих компоненты системы секреции первого типа
Как правило, гены, кодирующие все три компонента системы, организованы в
один оперон, обычно вместе с генами, кодирующими секретируемый белок. К
примеру, гены, кодирующие четыре сходных по строению металлопротеазы E.
chrysanthemi: PrtA (50кДа), PrtB (53 кДа), PrtC (55 кДа), PrtG (58 кДа)
организованы в один оперон с генами, кодирующими все три компонента системы
их секреции: PrtD (ABC-транспортер), PrtE (MFP), PrtF (OMP). В случае с E.
coli, ген hlyA, кодирующий ?-гемолизин, объединен с генами hlyB и hlyD,
кодирующими соответственно ABC-транспортер и MFP. Так же дело обстоит и у
S. marcescens. Ген hasA, кодирующий внеклеточный гемопротеин, организован в
один оперон с генами hsaD (ABC-транспортер) и hasE (MFP). В этих двух
случаях ген, кодирующий OMP, в единый оперон не включается и содержится
отдельно. Кроме того, у S. marcescens обнаружен оперон, содержащий только
гены, которые детерминируют компоненты системы секреции и ни одного гена,
ответственного за синтез экспортных белков. Он содержит три гена: lipB (ABC-
транспортер), lipC (MFP), lipD (OMP) (H. Akatsuka et al., 1998). Был
выявлен также ряд оперонов, которые содержат гены, не относящиеся ни к
системе секреции, ни являющиеся генами секретируемых белков. Эти гены
кодируют белки, которые тем или иным образом выполняют регуляторную функцию
(M. Fath еt al., 1993).
Организация Hly-оперона и некоторых других оперонов представлена на рис.
3. Ген hlyA кодирует 1023 аминокислоты ?-гемолизина (HlyA), hlyB кодирует
707 аминокислот ABC-транспортера (HlyB), hlyD кодирует 477 аминокислот MFP
(HlyD), и hlyC кодирует 170 аминокислот белка, который не имеет
секреторной функции, но облегчает активацию HlyA. Ген tolC, кодирующий 495
аминокислот OMP (TolC) в этот оперон не включается и содержится отдельно.
На данный момент выявлены и расшифрованы опероны систем секреции первого
типа многих микроорганизмов (M. Fath еt al., 1993).
[pic]
Рис. 3. Оперонная организация генов, кодирующих компоненты системы
секреции I типа некоторых бактерий. Сверху вниз: система секреции ?-
гемолизина E. coli, протеаз E. chrysanthemi, колицина V E. coli, субтилина
B. subtilis, капсулярного полисахарида E. coli (по M. Fath еt al., 1993).
Сигнальные последовательности субстратов
Субстраты, секретируемые посредством системы секреции первого типа, не
имеют сигнальных амино-концевых последовательн
| |  скачать работу |
Бактериальная система секреции белков первого типа |
