Электронное крио

Nature Communications, том 13, номер статьи: 7411 (2022) Цитировать эту статью

5024 доступа

2 цитаты

97 Альтметрика

Подробности о метриках

Пили представляют собой нитевидные расширения поверхности, которые играют роль в бактериальных и архейных клеточных процессах, таких как адгезия, образование биопленок, подвижность, межклеточное взаимодействие, поглощение ДНК и горизонтальный перенос генов. Модельная архея Sulfolobus acidocaldarius объединяет три нити суперсемейства пилусов типа IV (архаеллы, архейные адгезивные пили и индуцируемые УФ-излучением пили), а также пока не охарактеризованную четвертую нить, названную «нитью». Здесь мы сообщаем о крио-ЭМ структуре нити архей. Нить сильно гликозилирована и состоит из субъединиц белка Saci_0406, расположенных «голова к хвосту». Saci_0406 демонстрирует структурное сходство, но низкую гомологию последовательностей с бактериальными пилинами типа I. Субъединицы нити соединяются между собой посредством комплементации донорной цепи, что напоминает бактериальные пили-шапероны-проводники. Однако, несмотря на это сходство в общей архитектуре, архейные нити, по-видимому, развивались независимо и, вероятно, собирались с помощью особого механизма.

Способность прикрепляться к поверхностям и образовывать биопленки важна для микробной жизни и развития заболеваний. Поверхностной адгезии и образованию биопленок способствуют различные нити, отходящие от поверхности прокариотических клеток1,2,3,4. У бактерий хорошо изучено большое разнообразие адгезивных нитей. К ним относятся шаперон-ушер (CU), курчавые пили, пили типа IV (T4P) и типа V (T5P) у грамотрицательных бактерий и сортазозависимые пили у грамположительных бактерий5,6,7,8,9, 10,11.

У архей адгезия клеток и образование биопленок изучены гораздо меньше. На сегодняшний день наиболее изученными архейными адгезивными нитями являются суперсемейство пилусов типа IV (T4FF)12,13,14,15. T4FF консервативны у бактерий и архей и состоят из спирально организованных субъединиц в форме леденца, называемых пилинами IV типа (T4P). Отличительными чертами T4P являются консервативная гидрофобная N-концевая α-спираль и вариабельный глобулярный C-конец, богатый β-цепями. T4FF имеют общий путь сборки. Субъединицы первоначально экспрессируются как препилины и встраиваются в клеточную мембрану с помощью транслокона Sec16. При расщеплении N-концевого сигнального пептида сигнальной пептидазой класса III пилины готовятся к встраиванию в формирующуюся филамент T4FF в процессе, который катализируется трансмембранным и управляемым АТФазой мультибелковым комплексом17. В собранных ворсинках α-спирали образуют ядро ​​нити, тогда как глобулярные домены обращены к внеклеточной среде18. Коопция и адаптация гомологичных генов в T4FF привели к появлению множества T4P-подобных филаментов с дополнительными функциями, такими как подвижность и поглощение ДНК19,20.

Недавние данные свидетельствуют о существовании другого типа архейных адгезивных нитей21, которые имеют общие характеристики, напоминающие бактериальные пили-шапероны-ушеры (CU). Это поверхностные нити, которые играют ключевую роль в формировании биопленок и вирулентности патогенных штаммов22. CU-пили включают пили типа I и P, которые обнаруживаются у уропатогенных Escherichia coli и позволяют этим бактериям прикрепляться к поверхности эндотелиальных клеток22,23. Прикрепление к клеточной поверхности опосредуется специализированными адгезинами, которые покрывают дистальные концы нитей и избирательны к остаткам сахара в гликолипидных рецепторах на поверхности клеток хозяина24,25.

Фимбрии представляют собой полые волокна, которые состоят из пилиноподобных субъединиц11. Эти субъединицы первоначально экспрессируются как белки-предшественники и секретируются транслоконом Sec в периплазматическое пространство26. Субъединицы этих филаментов имеют консервативную структуру, состоящую из N-концевого (β-цепи) удлинения (NTE) и С-концевого глобулярного домена с неполной иммуноглобиноподобной складкой (головкой). В собранной нити каждая субъединица вставляет свой хвост в β-цилиндр соседней субъединицы посредством процесса, называемого комплементацией донорной цепи (DSC)27. Этот механизм, который влечет за собой образование нескольких водородных связей, объединяет субъединицы в высокостабильную нить28.