铜绿假单胞菌中TseT-TsiT复合物和PA5086的结构与功能研究

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铜绿假单胞菌是一种具有高耐药性、高环境适应性的常见机会致病菌,蛋白质分泌系统在其感染中发挥重要作用。细菌Ⅵ型分泌系统(T6SS)就是其中的一种。T6SS是一个可以与靶细胞直接接触的大分子机器,其在结构上类似于T4噬菌体尾部,结构包括膜复合物、基板复合物和尾部三部分。它通过将各种效应蛋白分泌到靶细胞中帮助细菌在种间竞争或宿主感染中获得胜利。同时,它也编码效应蛋白的免疫蛋白保护自身免受这些效应蛋白的毒性影响。本篇论文将分为两个部分,第一部分是TseT-TsiT复合物结构与功能研究,第二部分是PA508623-293的结构研究。第一部分:核酸酶TseT是铜绿假单胞菌T6SS中新发现的效应蛋白。TsiT是其免疫蛋白。本部分实验利用单波长反常散射方法解析了分辨率为3.1A的TseT-TsiT复合物的结构。通过晶体学和X射线小角散射分析,TseT-TsiT复合物在溶液中以异源二聚体形式存在。TseT和TsiT都是α+β类蛋白,TseT由7个α-螺旋和5个β-片层组成,假定的催化核心基序D-Xn-(D/E)-X-K在β3和β4中发现,C端有一个长而突出的螺旋α7。通过X射线小角散射实验,我们认为TseT的α7螺旋是可以摆动的。TsiT蛋白由11个α-螺旋和8个β-片层组成,其中8个β-片层形成一个反平行β-折叠。这个反平行β-折叠之间形成的氢键稳定了 TsiT的结构。TseT和TsiT之间的相互作用主要是疏水作用和极性相互作用。根据TseT与LHK-Exo碱性核酸外切酶结构的对比,提出了 TseT发挥核酸酶活性的机制。TseT可能是通过C端α7螺旋使TseT单体形成寡聚物,有利于DNA通过,从而发挥核酸酶活性。免疫蛋白TsiT不是通过与TseT催化活性位点结合来抑制TseT活性,其可能是阻碍TseT无法形成寡聚物,使TseT无法发挥核酸酶活性。这一研究补充了铜绿假单胞菌T6SS在核酸酶效应蛋白的空白,丰富了T6SS中的效应蛋白-免疫蛋白对的种类。第二部分:T6SS中有磷脂酶效应蛋白,即Tle蛋白家族,它们靶向磷脂分子。PldB(Tle5B)是其中的一种磷脂酶,其免疫蛋白PA5086是本部分的研究对象。实验中利用分子置换法解析了分辨率为1.9?的PA5086晶体结构。PA508623-293由16个α-螺旋组成,这16个α-螺旋进一步构成6个连续的SLRs(Sell-like repeats,以Caenorhabditis elegans sel-1 基因产物的经典基序来命名)。PA508623-293的超环形折叠是通过Cys29和Cys178形成二硫键与Lys55和Asp260、Asp262形成离子键来稳定的。PldB对应三个免疫蛋白PA5086、PA5087和PA5088,这三个免疫蛋白在序列和结构上都有保守性。PA5086和PA5087之间的序列同一性为85%,PA5086和PA5088之间为73%。并且三者之间结构相似性也很高。SLR4和SLR6位置上碱性和酸性氨基酸残基分布不同导致蛋白表面静电势差异比较大,这是它们之间最大的不同。PldB的免疫蛋白可能通过其表面保守的芳香族氨基酸F222、F223、Y189、Y209、Y254等来通过芳环堆积作用来堵住PldB蛋白底物进出的通道,而这些保守的芳香族氨基酸残基正是集中在PA5086、PA5087和PA5088表面电势差异最大的区域。比较包括铜绿假单胞菌PldB在内的6种不同菌PldB蛋白,发现这些蛋白的表面电势有较大的差异,尤其是假定的底物进出通道区域的电势,因此具有不同带电性的PA5086、PA5087、PA5088可能对不同菌的PldB蛋白有不同的亲和力,从而更好地应对来自不同物种的毒素蛋白的入侵。这一研究将效应蛋白PldB的免疫蛋白结构补充完整,帮助理解多种免疫蛋白存在的可能原因。
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