Возбудитель туберкулеза высвобождает свой токсин с помощью новой транспортной системы белка


Шесть лет назад Майкл Нидервейс, доктор философии, описал первый токсин, обнаруженный для смертельного патогена Mycobacterium tuberculosis. Этот токсин, некротический токсин туберкулеза, или TNT, стал членом-основателем нового класса ранее нераспознанных токсинов, присутствующих более чем у 600 видов бактерий и грибов, что определяется сходством белковых последовательностей. Токсин высвобождается, когда бактерии M. tuberculosis выживают и растут внутри своего человеческого макрофага-хозяина, убивая макрофаги и позволяя бактериям ускользать и распространяться.

На протяжении 132 лет отсутствие идентифицированного токсина у M. tuberculosis контрастировало почти со всеми другими патогенными бактериями, токсины которых способствуют болезни или смерти. M. tuberculosis заражает 9 миллионов человек в год и убивает более 1 миллиона.

Теперь, в другой новаторской работе, исследователь из Университета Алабамы в Бирмингеме и его коллеги описывают, как два небольших белка ESX, производимые бактериями M. tuberculosis, опосредуют секрецию TNT путем образования пор в мембранах, которые покрывают бактерии. Это открытие может иметь широкое применение, потому что отличительный мотив из трех аминокислот, обнаруженный на EsxE и EsxF – триптофан / любая аминокислота / глицин, сокращенно WXG – также обнаружен на многих других небольших белках микобактерий и на большое суперсемейство WXG100 бактериальных белков, которые напоминают EsxE и EsxF.

«Здесь мы впервые показываем, что небольшие Esx семейства WXG100 выполняют важную молекулярную функцию внутри клетки Mtb, опосредуя секрецию токсина», – сказал Нидервейс, профессор кафедры микробиологии UAB. «Наши результаты предполагают динамический механизм образования пор маленькими белками Esx, который может быть применим к другим членам большого семейства белков WXG100. Таким образом, наше исследование не только представляет собой серьезный прогресс в нашем понимании секреции TNT и, вероятно, других белков. в M. tuberculosis, но также описывает биологическую функцию Esx-паралогов в M. tuberculosis и их гомологов в большом семействе белков WXG100 у грамположительных бактерий ».


TNT является одним из двух доменов в белке внешней мембраны M. tuberculosis CpnT; Активность TNT-домена CpnT в цитозоле макрофага вызывает гибель макрофагов за счет гидролиза NAD +. M. tuberculosis имеет внутреннюю и внешнюю мембраны, и должен пройти через каждый слой, чтобы секретироваться за пределы бактерии. Как CpnT попадает на внешнюю мембрану, было неизвестно.

EsxE и EsxF являются частью того же генного сегмента, что и CpnT, и исследователи UAB предположили, что два небольших белка могут участвовать в секреции токсина.

Создавая различные штаммы, в которых отсутствовали ни EsxE, ни EsxF, они показали, что оба белка необходимы для транслокации CpnT на клеточную поверхность M. tuberculosis и для секреции TNT в цитозоль макрофагов, инфицированных M. tuberculosis. Кроме того, EsxE и EsxF являются доступными с поверхности белками M. tuberculosis в виде мембранно-ассоциированного комплекса.

Чтобы узнать больше о механизме этой транслокации, команда UAB создала мутанты каждого белка Esx, в которых аминокислота триптофана в одном мотиве WXG на каждом белке была заменена аминокислотой аланином. Мутанты показали, что интактный мотив WXG на EsxE и на EsxF необходим для эффективной транслокации CpnT на внешнюю мембрану M. tuberculosis и последующей секреции TNT в цитозоль инфицированных макрофагов.

Очистка водорастворимых белков EsxE и EsxF показала, что они образуют димеры EsxE-EsxF, и пять из этих димеров собраны в звездообразные структуры, как видно с помощью электронной микроскопии. Каждый был около 10 нанометров в поперечнике с 3-нанометровой центральной порой.