Бактериальная система секреции белков первого типа
присутствует особый периплазматический белок, который связывается с
импортируемым субстратом и предоставляет его АТФ-азе для непосредственного
переноса (M. Fath еt al., 1993).
Помимо АВС-экспортеров, осуществляющих транспорт белков, в бактериальных
клетках существует обширная группа АВС-экспортеров, выполняющих транспорт
небелковых субстратов, например, полисахаридов и ионов. Характерной
особенностью этих переносчиков является то, что они сами образуют активную
транспортную систему и не требуют никаких дополнительных белков. Транспорт
в этом случае осуществляется не во внеклеточное пространство, а в
периплазму (M. Saier, 2000).
Подобные АВС-транспортеры обнаружены как в клетках грамположительных и
грамотрицательных бактерий, так и в эукариотических клетках (M. Fath еt
al., 1993).
[pic]
Рис. 2. Строение АВС-транспортеров (по M. Fath еt al., 1993).
Организация генов, кодирующих компоненты системы секреции первого типа
Как правило, гены, кодирующие все три компонента системы, организованы в
один оперон, обычно вместе с генами, кодирующими секретируемый белок. К
примеру, гены, кодирующие четыре сходных по строению металлопротеазы E.
chrysanthemi: PrtA (50кДа), PrtB (53 кДа), PrtC (55 кДа), PrtG (58 кДа)
организованы в один оперон с генами, кодирующими все три компонента системы
их секреции: PrtD (ABC-транспортер), PrtE (MFP), PrtF (OMP). В случае с E.
coli, ген hlyA, кодирующий ?-гемолизин, объединен с генами hlyB и hlyD,
кодирующими соответственно ABC-транспортер и MFP. Так же дело обстоит и у
S. marcescens. Ген hasA, кодирующий внеклеточный гемопротеин, организован в
один оперон с генами hsaD (ABC-транспортер) и hasE (MFP). В этих двух
случаях ген, кодирующий OMP, в единый оперон не включается и содержится
отдельно. Кроме того, у S. marcescens обнаружен оперон, содержащий только
гены, которые детерминируют компоненты системы секреции и ни одного гена,
ответственного за синтез экспортных белков. Он содержит три гена: lipB (ABC-
транспортер), lipC (MFP), lipD (OMP) (H. Akatsuka et al., 1998). Был
выявлен также ряд оперонов, которые содержат гены, не относящиеся ни к
системе секреции, ни являющиеся генами секретируемых белков. Эти гены
кодируют белки, которые тем или иным образом выполняют регуляторную функцию
(M. Fath еt al., 1993).
Организация Hly-оперона и некоторых других оперонов представлена на рис.
3. Ген hlyA кодирует 1023 аминокислоты ?-гемолизина (HlyA), hlyB кодирует
707 аминокислот ABC-транспортера (HlyB), hlyD кодирует 477 аминокислот MFP
(HlyD), и hlyC кодирует 170 аминокислот белка, который не имеет
секреторной функции, но облегчает активацию HlyA. Ген tolC, кодирующий 495
аминокислот OMP (TolC) в этот оперон не включается и содержится отдельно.
На данный момент выявлены и расшифрованы опероны систем секреции первого
типа многих микроорганизмов (M. Fath еt al., 1993).
[pic]
Рис. 3. Оперонная организация генов, кодирующих компоненты системы
секреции I типа некоторых бактерий. Сверху вниз: система секреции ?-
гемолизина E. coli, протеаз E. chrysanthemi, колицина V E. coli, субтилина
B. subtilis, капсулярного полисахарида E. coli (по M. Fath еt al., 1993).
Сигнальные последовательности субстратов
Субстраты, секретируемые посредством системы секреции первого типа, не
имеют сигнальных амино-концевых последовательностей. Вместо них имеются
карбокси-концевые секреторные сигналы, расположенные в пределах последних
60 аминокислотных остатков, впервые обнаруженные на ?-гемолизине. В
экспериментах с протеазой PrtG E. chrysanthemi было установлено, что
наименьшая карбокси-концевая последовательность, позволяющая начать
эффективную секрецию, содержит последние 29 аминокислот PrtG, кроме того,
низкая, но все же существенная секреция может быть индуцирована последними
15 аминокислотами PrtG (R. Binet et al., 1997). Кроме того, было показано,
что карбокси-концевая сигнальная последовательность, состоящая из
отрицательно заряженных аминокислотных остатков, является консервативной
для гомологичных протеаз. Сравнение последовательностей показало, что
протеазы и липазы тоже имеют весьма сходные карбокси-концевые
последовательности. Однако важным является тот факт, что гомология
последовательностей этих соединений является неполной. А вот секреторные
сигналы протеаз и различного рода токсинов являются весьма различными и
специфическими, кроме того, комплементация между компонентами систем
секреции этих двух семейств белков является очень незначительной. Тем не
менее, каждый сигнал может индуцировать секрецию чужеродного белка
посредством своего специфического транспортера (R. Binet et al., 1997).
Изучение фрагмента карбокси-конца очищенной протеазы G посредством ЯМР
показало, что он представляет собой стабильную ?-спираль, расположенную
перед 7 – 8 концевыми аминокислотными остатками.
При изучении процессов секреции белков была показана роль особой области,
расположенной выше карбокси-концевой сигнальной последовательности на
большинстве экспортируемых субстратов. Токсины, протеазы и липазы,
секретируемые системой секреции первого типа, имеют такую область,
состоящую из богатой глицином последовательности (GGXGXD), которая
повторяется 4–36 раз, в зависимости от белка.
При сравнении процессов секреции различных белковых субстратов,
содержащих такие последовательности, было установлено, что они играют
важнейшую роль при секреции некоторых пептидов. Возможно, что богатые
глицином повторы действуют как внутренние шапероны, способствуя лучшему
разделению секреторного сигнала и остатка белка (R. Binet et al., 1997).
Заключение
Посредством системы секреции первого типа секретируется широкий круг
субстратов, включающий в себя ряд ферментов, токсинов, антибиотиков, и
других биологически активных соединений. Эта система секреции характерна
как для прокариотических, так и для эукариотических клеток. Во всех
случаях она состоит из трех компонентов белковой природы: ABC-транспортера,
который является АТФ-азой, осуществляющей энергозависимые стадии
транслокации; белка, формирующего периплазматический канал, соединяющий ABC-
транспортер с третьим компонентом системы – белком-швейцаром, образующим
секреторный канал во внешней мембране. Система секреции первого типа
является Sec-независимой и осуществляет секрецию субстрата в одну
стадию из цитоплазмы непосредственно во внеклеточное пространство без
присутствия каких-либо периплазматических посредников. Сигналом к секреции
по этому типу является последовательность из 60 аминокислотных остатков,
находящаяся на карбокси-конце полипептида. Выявлены также гибридные системы
секреции первого типа, состоящие из компонентов присущих разным системам
этого типа. Несмотря на относительно простое устройство данной системы
секреции в сравнении с другими аппаратами секреции, существует довольно
большое количество неясных и спорных вопросов в этой области. В частности,
недостаточно изучена последовательность событий в процессе секреции
субстратов, а также видовая специфичность строения самой системы. В связи с
этим и немаловажным значением секретируемых соединений, изучение этого
вопроса является весьма актуальным и перспективным.
Список литературы
1. H. Akatsuka, R. Binet, E. Kawai, C. Wandersman, and K. Omori. Lipase
secretion by bacterial hybrid ATP-Binding Cassette Exporters:
molecular recognition of the LipBCD, PrtDEF, and HasDEF exporters. //
Journal of bacteriology. - 1997. – Vol. 179. №15 - Р. 4754–4760.
2. R. Binet, S. Leґtoffe, J. M. Ghigo, P. Delepelaire, C. Wandersman.
Protein secretion by Gram-negative bacterial ABC exporters – a review.
// Gene. - 1997. – Vol. 192. - Р. 7–11.
3. W. H. Bingle, J. F. Nomellini, and J. Smit. Secretion of the
Caulobacter crescentus S-Layer potein: further localization of the C-
terminal secretion signal and its use for secretion of recombinant
proteins. // Journal of bacteriology. - 2000. – Vol. 182. №11. - Р.
3298–3301.
4. P. Delepelaire, C. Wandersman. The SecB chaperone is involved in the
secretion of the Serratia marcescens HasA protein through an ABC
transporter. // EMBO J. - 1998. - Vol. 17. №4. - P. 936–944.
5. M. J. Fath, R. Kolter. ABC Transporters: Bacterial Exporters. //
Microbiological reviews. -1993. – Vol. 57. №4. - Р. 995–1017.
6. J. Hacker, J. B. Kaper. Pathogenicty islands and the evolution of
microbes. // Annu. Rev. Microbiol. - 2000. – Vol. 54. - Р. 641–79.
7. C. J. Hueck. Type III Protein Secretion Systems in Bacterial Pathogens
of Animals and Plants. // Microbiology and molecular biology reviews.
- 1998. – Vol. 62. №2. - Р. 379–433.
8. S. Letoffe and C. Wandersman. Secretion of CyaA-PrtB and HlyA-PrtB
Fusion Proteins in Escherichia coli: Involvement of the Glycine-rich
repeat domain of Erwinia chrysanthemi protease B. // Journal of
bacteriology. - 1992. – Vol. 174. №15 - Р. 4920–4927.
9. S. Lory. Secretion of proteins and assembly of bacterial surface
organelles: shared pathways of extracellular protein targeting. //
Current Opinion in Microbiology. - 1998. – Vol. 1. - Р. 27–35.
10. L. M. Moreira, J. D. Becker, A. P. and A. Becker. The Sinorhizobium
meliloti ExpE1 protein secreted by a type I secretion system involving
ExpD1 and ExpD2 is required for biosynthesis or secretion of the
exopolysaccharide galactoglucan. // Microbiology. - 2000. – Vol. 146.
- Р. 2237–2248.
11. M. H. Saier. Families of transmembrane sugar transport proteins. //
Molecular Microbiology. - 2000. - Vol. 35. №4. - P. 699–710.
12. D. G. Thanassi, S. J Hultgren. Multiple pathways allow protein
secretion across the bacterial outer membrane. // Current Opinion in
Cell Biology. - 2000. - Vol. 12. - Р. 420–430.
