Cry6Aa

Cry6Aa
Proteinschema över Cry6Aa-
toxinidentifierare
Organism	Bacillus thuringiensis
Symbol	Cry6Aa
UniProt	Q45757
Söka efter Strukturer Schweizisk modell Domäner InterPro

Cry6Aa (Pesticid crystal protein Cry6Aa) är ett giftigt kristallprotein som genereras av bakteriefamiljen Bacillus thuringiensis under sporulering . Detta protein är en medlem av familjen alfaporbildande toxiner , vilket ger det insekticida egenskaper som är fördelaktiga vid skadedjursbekämpning inom jordbruket. Varje Cry-protein har en viss nivå av målspecificitet; Cry6Aa har specifik toxisk verkan mot coleopteraninsekter och nematoder . Motsvarande B. thuringiensis- gen, cry6aa , är lokaliserad på bakteriella plasmider . Tillsammans med flera andra Cry-proteingener kan cry6aa genetiskt kombineras i Bt -majs och Bt-bomull så att växterna producerar specifika toxiner. Insekter utvecklar resistens mot de vanligaste insatta proteinerna som Cry1Ac . Eftersom Cry6Aa-proteiner fungerar annorlunda än andra Cry-proteiner, kombineras de med andra proteiner för att minska utvecklingen av skadedjursresistens. Nyligen genomförda studier tyder på att detta protein fungerar bättre i kombination med andra virulensfaktorer som andra Cry-proteiner och metalloproteinaser .>

Strukturera

Cry6Aa-proteiner är inte relaterade till andra insekticida kristallproteiner i primär aminosyrastruktur; det är en medlem av Tripartite Haemolysin BL-familjen ( TCDB ). Proteinet är stavformat, med en diameter på 25 Å och en höjd på 95 Å. Den innehåller 475 rester, inte inklusive den N-terminala svansen. De flesta Cry-proteiner har 3 huvuddomäner med funktionell homologi över proteiner, domän I innehåller en alfahelixbunt , domän II är sammansatt av tre antiparallella beta-ark i ett grekiskt nyckelmotiv, och domän III bildar en beta-sandwich som ansvarar för att katalysera porbildning. Cry6Aa, ett nio-varvsprotein, består emellertid av tvådelade huvud- och svansdomäner som huvudsakligen består av alfa-helixar. Sekundär strukturkonformation är 71-72% alfaspiraler och 1-2% beta-ark i de flesta pH-förhållanden. De återstående områdena är antingen böjar, svängar eller 3/10-spiraler. Den trypsinresistenta kärnan är sammansatt av långa amfipatiska alfaspiraler och ger bränsle till giftig funktion. De hydrofoba områdena av spiralerna interagerar med varandra, medan de hydrofila delarna har ökad exponering för den yttre miljön. Vissa av spiralerna är avbrutna av slingor som har variabla positioner i strukturen. Huvuddomänen viks över spiralerna och innehåller en beta-tunggrupp, som kan utlösa porbildning. Det finns en stark disulfidbindning mellan C-terminalområdet och en del av kärnan som inte störs av trypsin . Proteinet har strukturella likheter med andra toxiner, inklusive hemolysin E och B. cereus toxiner HlbB och NheA. Inga andra medlemmar av Cry-familjen som använder alfaporetoxinstruktur har upptäckts.

Handlingsmekanism

Coleoptera

Cry6Aa har porbildande verkan som förstör insekters tarm- epitelceller . De flesta Cry-proteiner har 3 domäner, men Cry6Aa består till stor del av alfaspiraler, vilket indikerar olika membraninsättningsmetoder. Cry6Aa har katalytiska huvuddomäner som regleras av hydrofoba rester. När Cry6Aa först intas förblir det ett protoxin tills tarmproteaser klyver proteinet till aktiva partiklar. Efter aktivering binder beta-tunghuvuddomänen till målmembranen på borstgränsmembranceller som liknar Haemolysin E. Typiska Cry-proteiner förstärks av interaktioner med cadherin, men Cry6Aa-receptorer förblir okända. Experimentella data tyder på att proteinerna bäddas in i membranet och bildar oligomera porer, men den fullständiga mekanismen har inte härletts 2016.

Nematoder

Närvaro av Cry6Aa i nematoder utlöser en reglerad nekrosväg via ett asparaginalt proteas (ASP-1). För att giftet ska aktiveras måste det delvis smältas inne i organismens tarm efter intag. ASP-1-proteaser är starkt koncentrerade i nematod-tarmceller och skyddar Cry6Aa-proteiner från övernedbrytning under aktivering. De är också medlemmar av katepsinfamiljen och kan smälta lysosomer. Cry6Aa utlöser en magnesiumberoende adenylylcyklas / proteinkinas A- signalväg, som frisätter kalciumjoner i cellen från inositoltrifosfatjonkanaler . Ca ²⁺ aktiverar calpain , ett cysteinproteas , som främjar lysosomruptur . Lysosomen spjälkas ytterligare av ASP-1, vilket leder till cellnedbrytning genom cytosolisk surgöring. Förändringar av apoptos eller autofagiproteiner påverkar inte effekten av Cry6Aa. Mutationer i nödvändiga proteiner för nekros hämmar Cry6Aa, men inte andra Cry-proteiner, vilket avslöjar en sällsynt mekanism i Cry6Aa. Nekros främjas inte i däggdjursceller eftersom de uttrycker ASP-3- och ASP-4-proteaser i högre hastigheter än ASP-1, vilket är nödvändigt för toxisk verkan av Cry6Aa. Cellreceptorn för Cry6Aa har inte identifierats.< Dessutom förstärks nematocidal aktivitet av Bmp1-metalloproteinas, som bryter ner organismens tarmcellvägg. Detta påskyndar antingen döden genom förlust av tarmfunktion eller genom ökad cellväggperforering som underlättar proteininsättningen.

Betydelse

Lantbruk

För att bekämpa växande resistens mot skadedjur, implementeras Cry6Aa i transgena växter eftersom det riktar sig mot skadedjur på olika sätt, vilket ökar känsligheten. DNA-shuffling är processen att välja gener från kompatibla Cry-proteiner för att överföras till grödor. Även om bindningsstället för Cry6Aa är okänd, har flera platser uteslutits, vilket möjliggör framgångsrik Cry-proteinstapling. Eftersom en organism måste vara resistent mot båda uttryckta Cry-proteinerna för att överleva, är chanserna att utveckla och vertikalt överföra resistens lägre, vilket ger mer tid för forskning om bekämpningsmedel. 2013 patenterades Cry6Aa och Cry3Aa kombinationstransgena växter för att förhindra resistens hos den västra majsrotmasken . Dessutom har Cry6Aa skiktats med Cry34Ab1/Cry35Ab1, ett binärt toxin. Pyramiding Cry-proteiner kan förstärka effekten av toxiner. Cry6Aa och Cry55Aa kan båda minska groddstorleken hos rotknutnematoden Meloidogyne incognita , men när de kombineras är dessa två proteiner fem gånger effektivare. Synergi mellan Cry-proteiner kommer från antingen förbättrad toxindockning, membraninsättning eller avancerad nedbrytning av mellantarmsproteinmatrisen vilket ökar verkan av det långsammare verkande toxinet.

Nekrosforskning

Cry6Aa kan inducera nekros i laboratorier utan att riskera cellskador genom värme eller andra triggers. Eftersom nekros resulterar i svullnad och skador på omgivande cellområden, kan det vara mer effektivt vid behandling av cancer än inducerad apoptos. Även om Cry6Aa inte har någon verkan mot däggdjur, är många essentiella cellvägar bevarade genom eukaryoter. C. elegans är en banbrytande modellnematod som påverkas av Cry6Aa, som kan användas för att förstå aktiveringen av nekrosvägen. Att förstå rollen av asparaginsyraproteaset kan göra det möjligt för forskare att konstruera andra nekrosinducerande proteiner som verkar genom ASP-3 och ASP-4 för att rikta in sig på cancerceller från däggdjur.