Resistens-nodulation-celldelning superfamilj
| RND-permeas-superfamilj | |
|---|---|
Crystallized AcrB : Ett HAE-RND-subklassprotein involverat i läkemedels- och amfifila
| |
| effluxidentifierare | |
| Symbol | RND_Permease |
| Pfam klan | CL0322 |
| TCDB | 2.A.6 |
| OPM superfamilj | 16 |
| OPM-protein | 2gif |
RND -familjen ( Resistens-nodulation-division) transportörer är en kategori av bakteriella utflödespumpar , speciellt identifierade i gramnegativa bakterier och lokaliserade i det cytoplasmatiska membranet, som aktivt transporterar substrat. RND- superfamiljen inkluderar sju familjer: tungmetallutflödet (HME), det hydrofoba /amfifila utflödet-1 (gramnegativa bakterier), nodulationsfaktorexportörfamiljen (NFE), SecDF-proteinutsöndringsproteinfamiljen, den hydrofoba/ familjen amfifil efflux-2, familjen eukaryota sterolhomeostas och familjen hydrofobe/amfifila efflux-3. Dessa RND-system är involverade i att upprätthålla homeostas av cellen, avlägsnande av giftiga föreningar och export av virulensdeterminanter . De har ett brett substratspektrum och kan leda till minskad aktivitet hos icke-relaterade läkemedelsklasser om de överuttrycks. De första rapporterna om läkemedelsresistenta bakterieinfektioner rapporterades på 1940-talet efter den första massproduktionen av antibiotika . De flesta av RND-superfamiljens transportsystem är gjorda av stora polypeptidkedjor. RND-proteiner finns främst i gram-negativa bakterier men kan också hittas i gram-positiva bakterier , archaea och eukaryoter .
Fungera
RND-proteinet dikterar substratet för de färdiga transportsystemen inklusive: metalljoner , främlingsfientliga läkemedel eller läkemedel . Transport av hydrofoba och amfifila föreningar utförs av HAE-RND-underfamiljen. Medan utflödet av tungmetaller är förformade HME-RND.
Mekanism och struktur
RND-proteiner är stora och kan inkludera mer än 1000 aminosyrarester . De är i allmänhet sammansatta av två homologa subenheter (vilket tyder på att de uppstod som ett resultat av en intragen tandemdupliceringshändelse som inträffade i det primordiala systemet före divergensen av familjemedlemmarna) som var och en innehåller en periplasmatisk loop intill 12 transmembranspiraler . Av de tolv spiralerna finns det en enda transmembrannyckel (TMS) vid N-terminalen följt av en stor extracytoplasmatisk domän, sedan sex ytterligare TMS, en andra stor extracytoplasmatisk domän och fem slutliga C-terminala TMS. TM4 styr specificiteten för ett visst substrat i ett givet RND-protein. Därför kan TM4 vara en indikator för RND-specificitet utan explicit kunskap om resten av proteinet.
RND-pumpar är den cytoplasmatiska delen av ett komplett tredelat komplex (Fig. 1) som sprider sig över det yttre membranet och det inre membranet hos gramnegativa bakterier, även kallat CBA-utflödessystemet. RND-proteinet associeras med en yttre membrankanal och ett periplasmatiskt adapterprotein, och associeringen av alla tre proteiner gör att systemet kan exportera substrat till det externa mediet, vilket ger en enorm fördel för bakterierna .
CusA-proteinet, en HME-RND-medlemstransportör, kunde kristalliseras och gav värdefull strukturell information om HME-RND-pumpar. CusA existerar som en homotrimer där varje enhet består av 12 transmembranspiraler (TM1-TM12). Den periplasmatiska domänen består av två helixar, TM2 och TM8. Dessutom består den periplasmatiska domänen av sex subdomäner, PN1, PN2, PC1, PC2, DN, DC, som bildar en central por och en dockningsdomän. Den centrala poren bildas av PN1, PN2, PC1, PC2 och stabiliserar tillsammans den trimera organisationen av homotrimeren .
Metalljonutflöde (HME-RND)
HME-RND-familjen fungerar som den centrala proteinpumpen i metalljonutflöde som drivs av en proton-substrat- antiport . Familjen inkluderar pumpar som exporterar envärda metaller – Cus-systemet, och pumpar som exporterar tvåvärda metaller – Czc-systemet.
Tungmetallresistens av RND-familjen upptäcktes först i R. metallidurans genom CzcA- och senare CnrA-proteinet. De bäst karakteriserade RND-proteinerna inkluderar CzcCBA (Cd 2+ , Zn 2+ och Co 2+ ), CnrCBA (Ni 2+ och Co 2+ ) och NccCBA (Ni 2+ , Co 2+ och Cd 2+ ) i Cupriavidus , Czr (Cd2 +- och Zn2 + -resistens) i Pseudomonas aeruginosa - och Czn (Cd2 +- , Zn2 + och Ni2 + -resistens) i Helicobacter pylori . Det har föreslagits att metalljonutflöde sker från cytoplasman och periplasman baserat på placeringen av flera substratbindningsställen på RND-proteinet.
CznCBA
Czn-systemet upprätthåller homeostas av kadmium- , zink- och nickelresistens ; det är involverat i ureasmodulering och gastrisk kolonisering av H. pylori . CznC- och CznA-proteinerna spelar den dominerande rollen i nickelhomeostas.
CzcCBA
Czc ger resistens mot kobolt , zink och kadmium . CzcCBA-operonet inkluderar: CzcA (det RND-familjspecifika proteinet), membranfusionsproteinet ( MFP) CzcB och det yttre membranfaktorproteinet (OMF) CzcC, som alla bildar det aktiva tredelade komplexet, och czcoperonet . Uttrycket av operon regleras genom metalljoner.
Läkemedelsresistens (HAE-RND)
RND-familjen spelar en viktig roll för att producera inneboende och förhöjd multiläkemedelsresistens hos gramnegativa bakterier. Exporten av amfifila och hydrofoba substrat styrs av HAE-RND-familjen. I E. coli har fem RND-pumpar specifikt identifierats: AcrAB, AcrAD, AcrEF, MdtEF och MdtAB. Även om det inte är klart hur det tredelade komplexet fungerar i bakterier har två mekanismer föreslagits: Adapter Bridging Model och Adapter Wrapping Model . [ citat behövs ]
HAE-RNDs inblandning i avgiftning och export av organiska substrat möjliggjorde nyligen karakterisering av specifika pumpar på grund av deras ökande medicinska relevans. Hälften av den antibiotikaresistens som påvisades i in vivo sjukhusstammar av Pseduomonas aeruginosa tillskrevs RND-utflödesproteiner. P. aeruginosa innehåller 13 RND-transportsystem, inklusive en HME-RND och de återstående HAE-RNDs. Bland de bäst identifierade är Mex-proteinerna: MexB, MexD och MexF, som avgiftar organiska ämnen . Det föreslås att MexB-systemen visar substratspecificitet för betalaktamer ; medan MexD-systemet uttrycker specificitet för cefemföreningar.
E. coli – AcrB
I E. coli utvecklas resistens mot flera läkemedel från en mängd olika mekanismer. Särskilt oroande är förmågan hos effluxmekanismer att ge bredspektrumresistens. RND effluxpumpar tillhandahåller extrudering för en rad föreningar. Fem proteintransportörer i E. coli- celler som tillhör HAE-RND-underfamiljen har klassificerats, inklusive multiläkemedelsutflödesproteinet AcrB, det yttre membranproteinet TolC och det periplasmatiska adapterproteinet AcrA. TolC- och AcrA-proteinerna används också i det tredelade komplexet i andra identifierade RND-utflödesproteiner. AcrAB-TolC-utflödessystemet är ansvarigt för utflödet av antimikrobiella läkemedel som penicillin G , kloxacillin , nafcillin , makrolider , novobiocin , linezolid och fusidinsyraantibiotika . Andra substrat inkluderar färgämnen, rengöringsmedel, vissa organiska lösningsmedel och steroidhormoner . De sätt på vilka de lipofila domänerna av substratet och RND pumpar är inte fullständigt definierade. [ citat behövs ]
Det kristalliserade AcrB-proteinet ger insikt i verkningsmekanismen för HAE-RND-proteiner och andra proteiner i RND-familjen.
Multidrug transport (Mdt) utflöde
Mdt(A) är en effluxpump som ger resistens mot en mängd olika läkemedel. Det uttrycks i L. lactis , E. coli och olika andra bakterier. Till skillnad från andra RND-proteiner innehåller Mdt(A) ett förmodat ATP-bindningsställe och två C-motiv konserverade i dess femte TMS. Mdt är effektivt för att ge bakterierna resistens mot tetracyklin , kloramfenikol , linkosamider och streptomycin . Energikällan för aktivt utflöde av Mdt(A) är för närvarande okänd.