Samling af nanomaskiner i bakterier

Osaka Universitets forskere bruger røntgenkrystallografi og elektronmikroskopi til at løse samlingen af ​​eksportportapparatet i Salmonella. De nye detaljer i denne nanomaskin forventes at tydeliggøre, hvordan bakterier inficerer eukaryote celler og præsenterer nye molekylære mål for opdagelse af lægemidler.

En af de ældste nanomaskiner i biologi er bakterien flagellum. Dette apparat er evolutionært vigtigt, giver bakterier evnen til at bevæge sig. Flagellum deler stor lighed med en anden bakteriestruktur, injektionen, hvilket som navnet antyder er, hvordan nogle bakterier leverer deres indhold til at inficere en vært. En ny undersøgelse af forskere ved Osaka University afslører, hvordan en specifik struktur i flagellum og injectisome, eksportportkomplekset, dynamisk samles og hvordan forhindring af denne samling kan gøre bakterier uskadelige. Undersøgelsen kan ses i PLOS Biologi .

Lektor Tohru Minamino ved Graduate School of Frontier Biosciences har i mange år studeret eksportportkomplekset ved hjælp af elektronmikroskopi. Hans interesse for dette kompleks er hovedsageligt at konstruere nye nanomaskiner, men han har indset, at den samme forskning kan have medicinske konsekvenser.

"Der er mange strukturelle og funktionelle ligheder mellem flagellære og injicerende proteiner. De kunne lave gode mål for at hæmme bakteriel infektion, " han sagde.

Eksportkomplekset i Salmonella flagellum består af fem transmembrane proteiner. Disse samles sekventielt for at danne eksportporten, begyndende med proteinet FliP. Eksportporten i Salmonella injectisome menes at samles på samme måde ved hjælp af fem homologe proteiner. Minamino viser, at selvom det ikke er en del af portstrukturen, et sjette transmembranprotein, FliO, er afgørende for at starte portmonteringen.

"FliO fungerer som et stillads for FliP til at danne en ringstruktur. Uden denne ring, de andre transmembrane proteiner følger ikke ind i portkomplekset, " han sagde.

Elektronmikroskopibilleder viste, at FliO -stilladset får FliP til at danne en hexamer, som tillader efterfølgende transmembranproteiner at slutte sig til forsamlingen. Elektrostatiske beregninger identificerede, hvilke specifikke aminosyrer i FliP, der var kritiske for FliO-FliP-interaktionerne og FliP-FliP-interaktionerne, tilvejebringelse af kandidatmål for eksperimentelle lægemidler. For at demonstrere, at FliO er nødvendig for eksportporten og ikke strukturen, Minamino viste, at overekspression af FliP kan omgå FliO-defekten og fortsætte med at fuldføre eksportportapparatet.

Selvom FliO gør det muligt for FliP at danne en hexamer, det FliP -homologe protein i injektionen, SpaP, danner en pentemer og en hetero-hexamer sammen med SpaR, det homologe FliR -protein. Computational analyse foreslog, at FliP også kunne tage denne struktur.

"Et betydeligt antal af de FliP-ringpartikler, vi analyserede, kunne tildeles femdoblet rotationsanalyse, så de kunne danne pentamerer. Vi er overbeviste om, at FliP er en god model til SpaP, sagde Minamino.

Identifikation af det første trin til eksportportsamling, nemlig oligmeriseringen af ​​FliP gennem FliO -interaktioner, foreslår en potentiel måde at forstyrre patologien hos bakterier som Salmonella.

"Vores resultater tyder på, at FliP -homologer af injectisome er lovende lægemiddelmål, sagde Minamino.