II형 분비 시스템

Type II secretion system
박테리아 타입 II 및 III 분비 시스템 단백질
식별자
기호시큐린
PfamPF00263
인터프로IPR004846
TCDB3.A.5
OPM 슈퍼 패밀리348
OPM단백질5wln
멤브라노메430

제2형 분비계통(흔히 제2형 분비계통 또는 T2SS라고도 함)은 그람 음성균의 다양한 종에서 발견되는 단백질 분비기계로서, 녹농균, 비브리오콜레라 등 다양한 인간 병원체를 포함한다.[1]Ⅱ유형분비계통은 그램 음성균에서 흔히 발견되는 6가지 단백질 분비계통 중 하나로 Ⅰ유형분비계통, Ⅱ유형분비계통, Ⅱ유형분비계통, Ⅱ유형분비계통, Ⅱ유형분비계통, Ⅱ유형분비계통, Ⅱ유형분비계통, Ⅰ유형분비계통, Ⅱ유형분비계통, Ⅱ유형분비계통, Ⅱ유형분비계통, Ⅱ유형분비계통, Ⅱ유형분비계통, Ⅱ유형분비계또한 VII형 분비 시스템)을 활용한다.[2]이러한 다른 시스템들과 마찬가지로, 타입 II 분비 시스템은 그램의 음성 박테리아에서 세포막을 구성하는 지질 빌레이어를 통해 세포질 단백질의 이동을 가능하게 한다.

개요

제2형 분비계통은 그람 음성 박테리아에서 발견되는 막 결합 단백질 복합체로 박테리아의 세포질에서 발견되는 단백질을 세포 바깥의 세포외 공간으로 분비하는 데 사용된다.제2형 분비계통은 그람 음성 박테리아에서 발견되는 많은 분비계통 중 하나일 뿐이며 박테리아 독소와 프로테아제, 지질 등의 분해 효소 등 다양한 단백질을 분비하는 데 사용된다.이러한 분비된 단백질은 일반적으로 숙주조직의 파괴와 관련이 있기 때문에 종종 특정 박테리아 감염과 관련된 증상을 일으키는 데 중요하다.[3]각각의 박테리아 세포는 많은 타입 II 분비 시스템을 포함할 것이고 이것들은 세포의 내부와 외부 막에 내장되어 있는 것으로 발견된다.

샤페론/어셔 경로, IV형 분비 시스템 등 다른 분비 시스템과 함께 제2형 분비 시스템을 통한 분비도 2단계 과정이다.첫 번째 단계는 내막을 가로질러 경막으로 단백질을 운반하는 역할을 하는 Sec와 Tat의 비밀경로를 포함한다.[4]예를 들어, Sec 경로는 타입 II 분비 시스템의 구조적 구성요소를 그들이 조립할 수 있는 경막으로 운반하는 데 사용되는 반면, Sec 경로와 Tat 경로 모두 경막으로 분비성 단백질을 운반하는 데 사용된다.일단 이 분비성 단백질이 경련에 들어가면 두 번째 단계가 일어날 수 있고 그것들은 타입 II 분비 시스템을 통해 세포 밖으로 분비된다.

구조

T2SS.svg

전체적으로 제2형 분비 시스템은 큰 다단백질 기구로 일반 분비 단백질(GSP)으로 알려진 많은 구별되는 단백질 서브유닛으로 구성되어 있다.[5]이러한 GSP를 인코딩하는 유전자는 보통 단일 오퍼론에서 게놈에서 함께 발견되며 이들 유전자의 많은 부분이 겹친다.각 유전자는 자신이 암호화하는 GSP에 해당하는 문자(예:[6] gspD 유전자가 GspD를 암호화하는 것)로 명명되며, 연구에 따르면 이들 유전자 중 12개에서 15개 사이가 타입 II 분비 시스템의 기능에 필수적이다.GSP는 다수의 다른 박테리아 종들 사이에서 흔하며, 그것들이 모이면 구조적으로 그램 음성 박테리아에서도 흔히 발견되는 첨가제인 IV pili와 매우 유사한 복합체를 형성한다.[7]전체적으로 타입 II 분비 시스템은 네 가지 주요 구성 요소로 나눌 수 있다.이것들은 외막 콤플렉스, 내막 콤플렉스, 분비물 ATPase, 가성질이다.

외막 콤플렉스

외막단지는 주로 secretin gspD에 의해 구성된다.[8]분비물은 세포 내부 또는 세포 밖으로 물질이 이동할 수 있는 채널을 형성하는 막에서 발견되는 β-바렐이다.[9]제2형 분비 시스템에서 GspD는 단백질을 분비할 수 있는 박테리아 세포의 외막에 모공을 생성한다.결과적으로, GSPD는 그것이 없으면 분비 단백질이 세포에서 나올 수 없기 때문에 정확한 기능 시스템에 필수적이다.GspD는 Sec transcoron을 통해 periplasm으로 이송된 후 외부 막에 삽입된다.그러나 이 삽입은 자발적이지 않으며 종종 막에 삽입하기 전에 β-바렐 단백질이 올바르게 접히도록 하는 β-바렐 조립 기계에 의존한다.[10]

GspD는 종종 GspS의 지질단백과 연관되어 발견된다.또한 GspS는 Sec 변환기계를 이용하여 경막으로 운반되는데, 이때 GspD와 밀접하게 연관되어 있는 외막의 내층에 삽입된다.gspS는 secretin gspD의 안정화에 중요한 역할을 하며, 분해성이 높은 periplasmic 효소가 있는 곳에서 secretin이 분해되는 것을 방지하는 데 도움을 주는 것으로 생각된다.[8]

내막 콤플렉스

내막 콤플렉스는 내막 속에 박혀 있는 여러 가지 다른 gsp 단백질로 이루어져 있다.GspD의 외부 막 분비물과 마찬가지로 이 단백질들은 내부 막에 삽입되기 전에 Sec 변환 경로를 통해 경막으로 운반된다.네 개의 다른 단백질들이 내막 복합체를 이루고 있다; 이것들은 GspC, GspF, GspL, 그리고 GspM이다.[5]

이들 개별 서브유닛은 각각 조금씩 다른 역할을 한다.예를 들어, GspC는 GspD와 상호작용하는 것으로 나타났다.이러한 상호작용은 타입 II 분비 시스템을 게이트시키는 데 도움이 되며, 이 게이트가 열려야만 시스템에 들어가 세포 밖으로 퍼낼 수 있는 분비성 단백질이 있다.중요한 것은, 함께 연관되었을 때, GspC, GspL, GspM은 그렇지 않으면 그들을 저하시키는 단백질 분해 효소로부터 서로를 보호하는데 도움을 준다.내막 콤플렉스를 구성하는 다른 단백질과 달리 GspF는 다량 투과성 단백질로 분비물 ATPase를 결합시키는 역할을 할 수 있다.그러나 GspL은 분비물 ATPase와 밀접한 상호작용을 형성하고 있으며, 이를 내막 복합체의 나머지 부분과 밀접하게 연결하기 위해 필요한 것으로 알려져 있다.[11]

분비물 ATPase

분비물 ATPase, GspE는 내막의 세포질 면에 있는 내막 복합체와 밀접하게 연관되어 있는 ATPase이다.[12]GspE는 타입 II/타입 IV 분비물 ATPase 계열에 속한다.이 계열에 속하는 ATPases는 뚜렷한 육각 구조를 가지고 있다.헥사머의 각 하위 유닛은 3개의 주요 도메인을 가지고 있다.이들은 N1D와 N2D라고 불리는 두 개의 분리된 N-단자 도메인으로, 짧은 링커 영역과 CTD라고 불리는 단일 C-단자 도메인으로 구분된다.차례로 CTD는 3개의 하위 도메인으로 구성되며, 그 중 하나는 뉴클레오티드 결합 영역이다.ATP 바인딩을 담당하는 것은 헥사머의 6개 서브유닛 각각에 존재하는 이 뉴클레오티드 바인딩 영역이다.4개의 나선 영역과 금속 결합 영역을 구성하는 다른 2개의 도메인은 결합 ATP의 가수분해를 촉진한다.[12]이 ATP 가수 분해는 타입 II 분비 시스템을 통해 분비를 촉진하는 유사균의 조립 및 분해에 사용된다.그 결과, GspE 없이는 시스템이 작동할 수 없다.N-단자 도메인 N1D와 N2D는 내막 복합체와의 상호작용을 형성하며, 이 복합체는 분비물 ATPase가 나머지 타입 II 분비 시스템과 밀접하게 연관되도록 돕는다.N2D 영역은 완전히 이해되지는 않지만 관찰 결과 내막 복합 소단위 GspL과 보이는 긴밀한 상호작용을 형성하는 것은 N1D인 것으로 나타났다.

필로필루스

가성세포는 경막에서 발견되지만, GspD를 통해 세포외 환경으로 확장되지는 않는다.이것의 이름은 GspG, GspH, GspI, GspJ, GspK로 알려진 단백질이나 유사포필린과 같은 많은 필린으로 이루어져 있다는 사실에서 유래되었다.[3]이들은 그램 음성균에서 발견된 IV균을 구성하는 필린(필라처럼)과 유사해 유사성 때문에 가성균으로 알려져 있다.그들의 상대편과 마찬가지로, 가성비린도 처음에는 미성숙한 형태로 생산된다.이러한 프리-페서도필린들은 sec tranconon으로 단백질을 표적으로 하는 N-단자 신호 시퀀스와 실제 유사체 단백질 자체를 암호화하는 긴 C-단자 승객 영역으로 구성된다.일단 Sec 기계가 프리 데스페이로필린을 내막을 가로질러 운반했지만 단백질 자체가 경막으로 방출되기 전에 N단자 신호 시퀀스는 양전하 아미노산 잔류물의 보존된 스트레치에서 분해된다.이 갈라짐은 신호 펩티다아제 GspO에 의해 촉매되며 최종 결과는 N단자 신호 시퀀스의 제거와 성숙한 유사필린의 형성이 된다.[5]GspO는 내부 막에 삽입되며 종종 타입 II 분비 시스템 기계와 밀접하게 연관된다.성숙한 필린과 필린은 긴 소수성 꼬리와 구상성 소수성 머리 영역으로 구성된 막대사형 구조를 가지고 있다.일단 성숙 상태에서 경련에 들어가면, 가성비들은 종종 소수성 꼬리를 통해 내막의 바깥쪽 전단에 삽입될 것이다.

가성비에 존재하는 주요 가성비는 GspG이다.가성체는 개별 가성분자가 중합될 때 형성된다.이 반응에서 서로 다른 유사수질의 소수성 꼬리가 서로 맞물리면서 구상 수질의 머리가 노출된다.이 긴 소수성 꼬리는 강한 소수성 상호작용에 의해 이렇게 한데 모일 수 있고 최종 결과는 가성비가 꾸준히 성장한다는 것이다.이러한 유사성 부유닛의 조립 및 분해는 분비물 ATPase GspE에 의해 구동된다.이와 같이 가성질(pseudopilus)의 끊임없는 연장 및 수축으로 인해 피스톤처럼 작용하여 외부 막 분비물을 통해 분비 단백질을 밖으로 밀어낸다고 생각된다.그런 다음 가성비 단백질이 새로운 분비물 단백질을 수축시킬 때 시스템에 들어갈 수 있고 그 과정이 반복될 것이다.이러한 가성운동의 움직임은 경련이 가능한 것으로 알려진 IV pili에 의해 표시되는 운동과 유사하다.[13]

II형 분비 시스템을 보여주는 다이어그램

메커니즘

타입 II 분비 시스템을 통한 단백질 분비는 매우 특정한 방식으로 발생하며, 다른 종류의 박테리아들 사이에서 대체로 균일하다.이 메커니즘은 다음과 같은 몇 단계로 나눌 수 있다.

  1. 엑소프로테인, 즉 분비되어야 할 단백질은 먼저 내부막을 가로질러 Sec 변환기계를 통해 경막 속으로 운반된다.이 엑소프로테인은 제2형 분비 시스템이 활성화되기 전까지 여기 경막 분비물 속에 존재할 것이다.
  2. 또한 pre-pseudopilins는 sec 변환기계를 통해 세포질에서 경막으로 운반된다.일단 경막에서 그것들은 프리필린 펩티다아제 GspO에 의해 분해되어 성숙한 유사성분으로 전환된다.그런 다음 성숙한 유사성분자들은 유사성분집합이 일어날 때까지 존재하게 될 내막에 그들 자신을 삽입할 수 있다.
  3. 그 후 분비물 ATPase GspE가 ATP를 결합하여 가수 분해하며 생성된 에너지는 유사성 형성에 동력을 공급하기 위해 사용된다.GspE는 세포질에 위치하지만 GspL과 GspF 둘 다와의 상호작용을 통해 내부 막 복합체와 연관된 상태로 남아 있다.
  4. 활성화되면 이전에 경막으로 운반된 엑소프로테이트가 분비 기계에 들어갈 수 있게 된다.이러한 엑소프로테이트가 어떻게 선택되는지는 충분히 이해되지 않지만, GspC와 GspD의 상호작용이 중요한 역할을 한다고 생각된다.
  5. 그런 다음 가성비들의 조립은 엑소프로테우스를 분비하는 GspD를 통해 세포외 환경 속으로 밀어낸다.이 분비물은 외부 막에 친수 채널을 형성하여 단백질이 세포 밖으로 나갈 수 있게 한다.
  6. 일단 세포 밖에서 분비된 엑소프로테우스는 의도된 효과를 수행할 수 있다.예를 들어 이들 중 일부는 신호 전달에 관련될 수 있고 다른 일부는 감염을 촉진하는 데 도움이 되는 독성 요인으로 작용할 수 있다.

정족수 감지는 타입 II 분비 시스템의 활성화와 엑소프로틴 방출의 개시 조절에 핵심적인 역할을 한다고 생각된다.[6]특히 쿼럼 감지는 이러한 엑소프로틴을 인코딩하는 유전자의 전사를 조절하는 데 도움이 되며, 다른 박테리아와 같은 다른 박테리아가 근처에 있고 환경 조건이 생존과 감염에 도움이 될 때에만 그것들이 생성된다는 것을 보장한다.

참조

  1. ^ Douzi B, Filloux A, Voulhoux R (2012). "On the path to uncover the bacterial type II secretion system". Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 367 (1592): 1059–1072. doi:10.1098/rstb.2011.0204. PMC 3297435. PMID 22411978.
  2. ^ Tseng T, Tyler BM, Setubal JC (2009). "Protein secretion systems in bacterial-host associations, and their description in the Gene Ontology". BMC Microbiology. 9: S2. doi:10.1186/1471-2180-9-S1-S2. PMC 2654662. PMID 19278550.
  3. ^ a b Korotkov KV, Sandkvist M, Hol WG (2012). "The type II secretion system: biogenesis, molecular architecture and mechanism". Nature Reviews Microbiology. 10 (5): 336–351. doi:10.1038/nrmicro2762. PMC 3705712. PMID 22466878.
  4. ^ Natale P, Bruser T, Driessen AJ (2008). "Sec- and Tat-mediated protein secretion across the bacterial cytoplasmic membrane—Distinct translocases and mechanisms". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. 1778 (9): 1735–1756. doi:10.1016/j.bbamem.2007.07.015. PMID 17935691.
  5. ^ a b c Filloux A (2004). "The underlying mechanisms of type II protein secretion". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research. 1–3 (1–3): 163–179. doi:10.1016/j.bbamcr.2004.05.003. PMID 15546665.
  6. ^ a b Sandkvist M (2001). "Type II Secretion and Pathogenesis". Infection and Immunity. 69 (6): 3523–3535. doi:10.1128/IAI.69.6.3523-3535.2001. PMC 98326. PMID 11349009.
  7. ^ Craig L, Pique ME, Tainer JA (2004). "Type IV pilus structure and bacterial pathogenicity". Nature Reviews Microbiology. 2 (5): 363–378. doi:10.1038/nrmicro885. PMID 15100690.
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  9. ^ Korotkov KV, Gonen T, Hol WG (2011). "Secretins: dynamic channels for protein transport across membranes". Trends in Biochemical Sciences. 36 (8): 433–443. doi:10.1016/j.tibs.2011.04.002. PMC 3155655. PMID 21565514.
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  11. ^ Johnson TL, Abendroth J, Hol WG, Sandkvist M (2006). "Type II secretion: from structure to function". FEMS Microbiology Letters. 255 (2): 175–186. doi:10.1111/j.1574-6968.2006.00102.x. PMID 16448494.
  12. ^ a b Lu C, Turley S, Marionni ST, Park SY, Lee KK, Patrick M, Shah R, Sandkvist M, Bush MF, Hol WG (2013). "Hexamers of the Type II Secretion ATPase GspE from Vibrio cholerae with Increased ATPase Activity". Structure. 21 (9): 1707–1717. doi:10.1016/j.str.2013.06.027. PMC 3775503. PMID 23954505.
  13. ^ Mattick JS (2002). "Type IV pili and twitching motility". Annual Review of Microbiology. 56: 289–314. doi:10.1146/annurev.micro.56.012302.160938. PMID 12142488.