294: 注射体（Injectisome）

Author: David S. Goodsell Translator: 于 健（PDBj）

沙门氏菌 注射体针状复合体。针的细管内上部有一小部分红色的效应蛋白 SptP。
沙门氏菌 注射体针状复合体。针的细管内上部有一小部分红色的效应蛋白 SptP。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

我们与许多细菌共生，我们与它们的互动通常是友好的。环境中的细菌会分解废物和死去的动植物。我们体内的细菌可以帮助我们处理所吃的食物，为我们提供所需的营养。不过，有时也会有不那么友好的互动。例如，沙门氏菌（Salmonella bacteria）会侵入我们的细胞并在内部繁殖，从而引发伤寒（typhoid fever）等危及生命的疾病。作为其致病策略的一部分，这些细菌利用名为注射体（injectisome）的针状分子注射数十种不同的效应蛋白。这些注入的蛋白质会使细胞防御失活，并改写细胞的新陈代谢，以帮助细菌在细胞内生长。

注射效应器

PDB 条目 7ah9包含 注射体沙门氏菌注射体的中心针状部分，其针头中间有一个孔，孔的大小刚好可以容纳一条未折叠的蛋白质链。一个分子门控制着效应蛋白通过针头，下面的交互式可操作图像详细显示了这个分子门。该结构还包含几个大的环形蛋白，它们将针头固定在细菌细胞壁上，使细菌能够将多个针头放置在它试图感染的细胞上。

完整的 注射体还包含一个位于细菌内部的大型分拣平台，此平台的结构没有包含在这个PDB条目中。该平台只选择适当的效应蛋白，并控制它们的注射顺序。它们的分泌过程分为三个阶段。首先，分泌 注射体本身，以产生针头等成分。其次，分泌一组蛋白质，制造穿透受感染细胞膜的转位子（translocon）。最后，注射体与这种转位子结合，将剩余的效应蛋白注入受感染细胞的细胞质中。

冻结活动

注射体的结构是通过冷冻电子显微镜确定的，其中含有效应蛋白SptP，这种酶可以去除细胞蛋白质中酪氨酸的磷酸盐，还能使几种受 GTP 调节的蛋白质失活。在观察蛋白质的运输过程中需要一些巧妙的方法。这是因为效应蛋白通过针头的时间通常不到一秒钟。具体来说，我们在 SptP 的末端添加了 绿色荧光蛋白（green fluorescent protein、GFP）。注射体无法解开 GFP的折叠，因此起到了钳子的作用，使其无法通过针孔，从而可以缓慢地捕获和研究复合物。

有效的效应器

(左图）由 p50 和 p65 组成的 NF-κB 转录因子复合物与DNA相结合。(右图）沙门氏菌效应蛋白 GtgA 处于切割p65的状态。
(左图）由 p50 和 p65 组成的 NF-κB 转录因子复合物与DNA相结合。(右图）沙门氏菌效应蛋白 GtgA 正在切割 p65。 高质量的TIFF图片可以从这里获得。

沙门氏菌会注入数十种不同的效应蛋白。其中许多会添加或去除磷酸盐、核糖基团和其他化学修饰，从而阻止细胞蛋白质发挥作用。另一组效应蛋白会将关键的细胞蛋白质送往 泛素化系统（ubiquitination system）进行处理。图中所示的效应蛋白GtgA是一种蛋白酶，它能裂解特定的转录因子p65（PDB条目6ggr），该转录因子是NF-κB信号通路的一部分，图中所示的 NF-κB 复合物是p65和p50（PDB 条目 1le5）与 DNA 结合的异二聚体。

探索结构

蛋氨酸门

显示方式: 静态图像

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分泌针的入口受到蛋氨酸门（methionine gate）的保护，如 PDB 6pep所示，当分泌针不使用时，蛋氨酸群（黄色）得到单个苯丙氨酸（白色）的帮助，形成一道防水屏障。之后，一旦确定了要注入细胞的效应蛋白，蛋氨酸就会顺利分离，让细蛋白链（红色）通过，如 PDB 7ah9所示。点击屏幕下方的按钮，切换到交互式可操作图像，更详细地查看这两种结构。

进一步的讨论议题

  1. 搜索 "沙门氏菌 效应蛋白"（Salmonella effector），查看由注射体运输的该效应蛋白和其他效应蛋白的结构。
  2. 针状复合体包含几个对称的环状结构，由一种蛋白质的多个拷贝组成。

参考文献

  1. Pillay, T.D., Hettiarachchi, S.U., Gan, J., Diaz-Del-Olmo, I., Yu, X.J., Meunch, J.H., Thurston, T.L.M., Pearson, J.S. 2023 Speaking the host language: how Salmonella effector proteins manipulate the host. Microbiology 169 001342
  2. 7ah9 Miletic, S., Fahrenkamp, D., Goessweiner-Mohr, N., Wald, J., Pantel, M., Vesper, O., Kotov, V., Marlovits, T.C. 2021 Substrate-engaged type III secretion system structures reveal gating mechanism for unfolded protein translocation. Nat Commun 12 1546
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  4. 6ggr Jennings, E., Esposito, D., Rittinger, K., Thurston, T.L.M. 2018 Structure-function analyses of the bacterial zinc metalloprotease effector protein GtgA uncover key residues required for deactivating NF-kappa B. J Biol Chem 293 15316-15329
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本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《当月的分子》2024年6月的文章的中文翻译。请参考我们的条款和条件页面。

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