Typ IV sekretionssystem
Bakterietyp IV-sekretionssystemet , även känt som typ IV-sekretionssystemet eller T4SS , är ett sekretionsproteinkomplex som finns i gramnegativa bakterier , grampositiva bakterier och archaea . Det kan transportera proteiner och DNA över cellmembranet . Sekretionssystemet av typ IV är bara ett av många bakteriella sekretionssystem . Typ IV-sekretionssystem är relaterade till konjugeringsmaskineri som i allmänhet involverar ett enstegssekretionssystem och användning av en pilus . Sekretionssystem av typ IV används för konjugering, DNA-utbyte med det extracellulära utrymmet och för att leverera proteiner till målceller . Typ IV-sekretionssystemet är uppdelat i typ IVA och typ IVB baserat på genetiska härkomster.
Anmärkningsvärda exempel på typ IV-sekretionssystemet inkluderar plasmidinförandet i växter av Agrobacterium tumefaciens , toxinleveransmetoderna för Bordetella pertussis ( kikhosta ) och Legionella pneumophila ( legionärssjukdom ) och F sex pilus .
Fungera
Typ IV-sekretionssystemet är ett proteinkomplex som finns i prokaryoter som används för att transportera DNA , proteiner eller effektormolekyler från cytoplasman till det extracellulära utrymmet bortom cellen. Sekretionssystemet av typ IV är relaterat till prokaryota konjugationsmaskineri . Sekretionssystem av typ IV är en mycket mångsidig grupp som finns i grampositiva bakterier , gramnegativa bakterier och archaea . De involverar vanligtvis ett enda steg som använder en pilus, även om undantag finns.
Sekretionssystem av typ IV är mycket olika, med en mängd olika funktioner och typer på grund av olika evolutionära vägar. I första hand grupperas utsöndringssystem av typ IV baserat på strukturell och genetisk likhet och är endast på avstånd besläktade med varandra. Typ IVA-system liknar VirB/D4-systemet av Agrobacterium tumefaciens . Typ IVB-system liknar Dot/Icm-systemen som finns i intracellulära patogener som Legionella pneumophila . Systemen av "andra" typ liknar varken IVA eller IVB. Typer är genetiskt distinkta och använder separata uppsättningar av proteiner, men proteiner mellan uppsättningarna har starka homologier med varandra, vilket leder till att de fungerar på liknande sätt.
Sekretionssystem av typ IV klassificeras också efter funktion i tre huvudtyper. Konjugativa system: används för DNA-överföring via cell-till-cell-kontakt (en process som kallas konjugation ); System för frisättning och upptagning av DNA: används för att utbyta DNA med den extracellulära miljön (en process som kallas transformation ); och effektorsystem : används för att överföra proteiner till målceller. Konjugativa såväl som DNA-frisättnings- och upptagssystem spelar en viktig roll i horisontell genöverföring , vilket gör att prokaryoter kan anpassa sig till sin miljö, såsom att utveckla antibiotikaresistens . Effektorsystem möjliggör interaktion mellan mikrober och större organismer. Effektorsystemen används som en toxinleveransmetod av många mänskliga patogener såsom Helicobacter pylori (magsår), kikhosta och legionärssjuka .
Strukturera
För närvarande är endast strukturen för typ IVA-sekretionssystem, som förekommer i gramnegativa bakterier, väl beskriven. Den är sammansatt av 12 proteinsubenheter, VirB1 - VirB11 och VirD4, vars analogier finns i alla typ IVA-system. Typ 4-sekretionssystemets komponenter kan separeras i 3 grupper: translokationskanalställningen, ATPaserna och pilus.
Translokationskanalställningen är den del av maskineriet som skapar kanalen mellan extracellulärt utrymme och cytoplasman genom de inre och yttre membranen och innehåller VirB6 - VirB10. Ställningens kärnkomplex består av 14 kopior av VirB7, VirB9 och VirB10 som bildar en cylindrisk kanal som spänner över båda membranen och förbinder cytoplasman med det extracellulära utrymmet.
Ett enda protein, VirB10, är integrerat i både de inre och yttre membranen. Den sätts in i det yttre membranet med hjälp av en a-spiralformad cylinderstruktur som hjälper till att bilda en kanal mellan de två membranen. Det finns en öppning på den cytoplasmatiska änden av kanalen som följs av en stor kammare och en andra öppning. Den andra öppningen kräver en konformationsändring för att tillåta substratpassage från cytoplasman in i kanalen. Antingen VirB6 eller VirB8 tros bilda den inre membranporen, eftersom de är integrerade proteiner på det inre membranet och har direkt kontakt med substratet .
ATPaserna består av VirB4, VirB11 och VirD4, som driver substratets rörelse genom kanalen och förser systemet med energi. VirB11 tillhör en klass av transmembrantransportörer som kallas "trafik-ATPaser". VirB4 är inte väl karakteriserad.
Pilus består av VirB2 och VirB5, där VirB2 är huvudkomponenten . Hos A. tumefaciens är pilus 8-12 nm i diameter och mindre än en µm lång. F pili , en annan vanlig undersökt typ av pilus, är mycket längre med en längd på 2-20 µm.
Mekanism
På grund av den stora variationen av typ IV-sekretionssystem i både ursprung och funktion är det svårt att säga mycket mekanistiskt om gruppen som helhet.
I allmänhet, efter att DNA har packats i ett konjugativt system, rekryteras det av ATPas-analoger till VirD4-kopplingsproteinet, och translokeras sedan genom pilus. Specifikt hos A. tumefaciens passerar DNA genom en karakteriserad kedja av enzymer innan det når pilus. DNA:t rekryteras av VirD4, sedan VirB11, sedan till intermembranproteinerna (VirB6 och VirB8), flyttas till VirB9 och skickas slutligen till pilus (VirB2).