Биогенез бактериальной метаболосомы для утилизации пропандиола

Nature Communications, том 13, номер статьи: 2920 (2022) Цитировать эту статью

2968 Доступов

6 цитат

26 Альтметрика

Подробности о метриках

Бактериальные метаболосомы представляют собой семейство белковых органелл бактерий. Выяснение того, как тысячи белков самособираются с образованием функциональных метаболосом, важно для понимания их значения в клеточном метаболизме и патогенезе. Здесь мы исследуем биогенез de novo метаболосом, использующих пропандиол (Pdu), и характеризуем роль ключевых компонентов в генерации и внутриклеточном позиционировании функциональных метаболосом. Наши результаты показывают, что метаболосома Pdu осуществляет оба пути сборки «Shell first» и «Cargo first», в отличие от структурного аналога β-карбоксисомы, который включает только стратегию «Cargo first». Сборка оболочки и груза происходит независимо на полюсах ячейки. Внутреннее грузовое ядро ​​формируется посредством упорядоченной сборки множества ферментных комплексов и проявляет свойства жидкости в архитектуре метаболосомы. Наши результаты дают механистическое представление о молекулярных принципах, управляющих сборкой бактериальных метаболосом, и расширяют наше понимание биогенеза жидкоподобных органелл.

Компартментализация метаболических путей внутри эукариотических и прокариотических клеток одновременно усиливает и регулирует энергию и метаболизм1. В отличие от эукариот, которые используют связанные с липидами органеллы для выполнения специфических метаболических функций, многие бактерии развили белковые органеллы, называемые бактериальными микрокомпартментами (BMC), которые позволяют ключевым метаболическим процессам функционировать в цитоплазме бактериальных клеток2,3,4. КМК состоят из однослойной белковой оболочки, которая инкапсулирует как ферменты, так и метаболиты. Вирусоподобная многогранная оболочка служит физическим барьером для контроля прохождения метаболитов и облегчает катаболизм в изолированной микросреде5,6,7,8. Высокоразвитые структурные и сборочные особенности BMC позволяют специальным бактериальным органеллам играть ключевую роль в фиксации CO2, инфекции и микробной экологии среди различных видов бактерий2,9,10.

Наиболее изученными BMC являются карбоксисомы (анаболические BMC, включая α- и β-карбоксисомы на основе типов, инкапсулированных Рубиско), которые усиливают фиксацию CO2 у всех цианобактерий и многих хемоавтотрофов11,12,13,14. Напротив, микрокомпартмент утилизации 1,2-пропандиола (1,2-PD) (Pdu BMC) является моделью катаболических BMC или метаболосом. Критической стадией патогенеза сальмонелл является колонизация желудочно-кишечного тракта млекопитающих, требующая катаболизма ряда источников углерода, включая 1,2-PD15. Pdu BMC играет жизненно важную роль в расщеплении 1,2-PD во время желудочно-кишечного патогенеза и способствует приспособленности бактерий в специфических нишах бескислородной окружающей среды16,17,18,19,20,21,22.

Архитектура Pdu BMCs построена из более чем десяти тысяч белковых субъединиц от 18 до 20 различных типов посредством внутренней самосборки белков23,24,25,26. Согласно современным данным, оболочка Pdu BMC патогенной бактерии Salmonella enterica серовара Typhimurium (S. Typhimurium) содержит девять типов белков-паралогов: PduA, PduB, PduB', PduM, PduN, PduJ, PduK, PduT и PduU27,28. . Гексамерный белок PduJ является наиболее распространенным белком оболочки в Pdu BMC у S. Typhimurium LT2, за ним следуют PduA и PduBB'24. PduB и PduB' кодируются перекрывающимися генами, и PduB имеет N-концевое удлинение из 37 аминокислот, которое отсутствует в PduB'29. Пентамерный белок PduN занимает вершины полиэдрической оболочки30. PduBB', PduA или PduJ и PduN являются компонентами оболочки, которые необходимы для формирования и структуры Pdu BMC27,31. PduM представляет собой структурный белок, которого гораздо меньше, чем PduN24, и который имеет неизвестную функцию в составе Pdu BMC28. PduK — еще один минорный белок оболочки Pdu BMC24.