文摘

运输系统通常包括辅助转运蛋白内的蛋白质执行子功能复杂。两个这样的蛋白质中发现的革兰氏阴性细菌的膜融合蛋白(MFPs)和外膜辅助(OMA)的蛋白质。我们在这里证明奥玛仕出现在 变形菌门(但不是在其他细菌类型)包含一个长 螺旋区域同源MFPs相应的地区。研究结果表明,在他们的进化,奥玛仕,特别是 变形菌门,交换自己的 一个来自MFP螺旋域。这些发现的结构和功能的影响进行了讨论。

1。介绍

跨膜运输蛋白通常函数结合辅助蛋白质,促进他们的矢量活动(1,2]。两个这样的辅助蛋白质类型被发现,只有在原核的世界。这些蛋白质的膜融合蛋白(MFPs;8.运输分类号(测试旋塞)。1in the Transporter Classification Database (TCDB;http://www.tcdb.org/(3])函数结合多种类型的交通系统在革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌4)和外膜辅助(OMA;1. b.18)蛋白质的功能与一组不同的运输类型,只在革兰氏阴性菌(4,5]。

MFPs函数作为“适配器”,连接主波特在细胞质膜,属于一个四个家庭的出口商(MFS (TC # 2. .), RND(2.要求寄出),ABC(3. .),或AAE (2. a.85))和一个外膜因子(OMF;1. b.17),它提供了一个外膜孔蛋白或通道功能(6]。因此,结合MFP和OMF,主波特的细胞质,细胞质膜泵分子跨膜细胞的信封,和外部环境不平衡溶质的周质,所有在一个单一的能量耦合的一步。交联的研究,肢端大肠杆菌(8. a.1.6.1),同源,AcrB (2. a.6.2.2),及其OMF TolC (1. b.17.1.1)透露,肢端都可以交联AcrB(通过肢端)的c端部分和TolC(肢端通过卷曲螺旋中部地区)(6]。

大多数MFPs约350 - 500残留在长度和广度细胞质膜一旦在N-termini或固定在细胞质膜通过lipoyl一半。这些蛋白质集群系统到亚科按照类型的胞质膜转运体相互作用,尽管OMFs不遵循这种模式(7]。这些运输等出口各种基质复合物毒素、药物、芳香酸、肽和蛋白质(5]。

的高分辨率三维结构两个MFPs MexA铜绿假单胞菌和肢端大肠杆菌,x射线晶体学(已经找到了解决办法8,9]。这些蛋白质包括三个线性排列的子域正如前面提出的二级结构预测(7]。这些分子包含一个氨基端lipoyl域,一个中央47长α螺旋卷曲螺旋发卡域,和c端six-stranded beta-barrel。晶体结构,相邻MexA发夹或肢端单体包装并排形成扭曲的弧线。MFPs可能装配和控制构象通道开放的复杂(6,8]。他们刺激一些,但绝对是所需的功能其他ABC出口商10,11]。

其他跨膜转运蛋白功能与另一种类型的辅助蛋白质,促进出口外和荚膜多糖。这些外膜辅助蛋白(奥玛仕)包含一个不同的蛋白家族(OMA;1. b.18) (12]。奥玛仕是相同的大小MFPs但与二次函数活性多糖运输车的出口商(PST)家庭和ABC总科的主要活跃的出口商(TC #年代a.66.2 2.和3.。1、职责)。他们发现只在革兰氏阴性细菌,除了生成周质,它们形成毛孔外膜(12]。奥玛仕,总的来说,不是MFPs同源,及其三维x射线结构显示没有明显的相似之处(8,9,13,14]。

最好的OMA的研究成员家庭,WzaK30,已被证明是出口所需的组1 K30荚膜多糖大肠杆菌应变E69。编码基因的突变都不会干扰合成或多糖重复单位的聚合,但防止多糖在细胞表面的外观(15]。WzaK30 surface-exposed外膜脂蛋白,形成SDS-stable octomeric环状结构表面上类似分泌素(1. b.22)。成熟WzaK30 359 -残渣脂蛋白,作为前体合成可分裂的20-residue伴信号序列。加工中的硫醇基氨基半胱氨酸21修改由thioether-linked diacylglyceryl一半,和氨基Cys21 acylated。奥玛仕被认为形成多糖通过哪些渠道传递到细胞表面。环状homo-octamers(四聚体,二聚体)的外径 9 nm和中央腔约2海里的13,16]。本机acylated n端适当的装配是至关重要的。

2.26分辨率结构340 kDa的八聚物Wza报道了董et al。14]。的大部分Wza结构位于周质和小说由三个领域形成了一个大型中央腔。透露Wza结构是开放但封闭的周质细胞外环境。荚膜多糖的路线和机制提出了易位(14]。除了中央α螺旋形域,奥玛仕和MFPs缺乏显著的结构相似。

OMA的另一个成员的家庭,KpsD大肠杆菌据报道,周质,两膜之间的分配(17]。这种可能性是不符合其作为一个外膜孔蛋白。一起主运输机,KpsE,建议在周质促进运输以及外膜。

McNulty et al。18)报道,KdpD是一个外膜蛋白参与出口组2荚膜多糖在这个膜。KdpD,有趣的是,KdpE,生物合成的复杂构成该公司位于细胞两极(18]。大型RhsA蛋白质,先前未知的函数,是一个组件的复杂,需要正常的多糖出口。

最近,Cuthbertson et al。19回顾了奥玛仕的角色在多糖出口。他们建议改变家人的名字OPX(外膜多糖出口商)。他们执行有用的系统发育分析,了解这些蛋白质的分布和结构关系19]。

2。结果和计算方法

图1显示了一个对齐的OMA同系物的很大一部分,OMA-like蛋白质Sinorhizobium meliloti,与相应地区的MFP蛋白质亚硝化菌mobilis。这个对齐显示30%的身份和41%的相似性得分没有差距,比较基于项目的差距(21的23个标准差(美国)。这个值是远远超出需要建立同源性。


图1
对齐的OMA的很大一部分Sinorhizobium meliloti(一个α-proteobacterium)(最高;CAC49052)同源的MFP的一部分亚硝化菌mobilis(一个γ-proteobacterium)(底部;EAR21905)。只有OMA的同系物 变形菌门被列为当OMA的这个区域美国meliloti被用作查询序列搜索,而只有MFP同系物是检索时点击率最高的这部分的n mobilis被用作查询序列。爆炸中所有蛋白质检索搜索点击率最高,不从α变形菌门被证明是MFPs而不是奥玛仕的这个区域美国meliloti同系物被用作查询序列。的比较显示,程序默认设置和500个随机打乱的差距给30%身份,相似度41%,0%的差距,比较分数23 SD。这些值远远超过所需的值建立同源性(3,5,20.]。引人注目的同一性的地区是OMA驻留191年和374年之间,残留88年和271年之间的MFP如图所示。这些都是 螺旋区域的蛋白质作为显示在图3。垂直线,身份;双和单点,关闭和遥远的相似性定义为程序的差距,分别。数字在每一行的开始和结束两个对齐序列是指剩余数量的蛋白质。

使用类似的标准,这两种蛋白质是同源建立各自的家庭成员在运输分类数据库(TCDB) [3,5,22)以及蛋白质nonredundant NCBI数据库中。因此,OMA的同系物s . meliloti用于建立MFP的同源性n mobilis,建立了OMA同源,ExoF美国meliloti(1. b.18.1.1;34%的身份,55%相似,比较87分),时任MFP的n mobilis用于相同的比较,同源的MFP HlyD大肠杆菌(测试旋塞8. a.1.3.1;26%的身份,45%的相似性比较美国南达科他州53分)。

同源性来证实这一结论,我们几十名保持一致α螺旋的区域α-proteobacterial奥玛仕与相应地区的几十个MFPs。其中大部分给了比较得分超过10。爱图2显示了第二个例子获得的结果之间的不同α-proteobacterial OMA的α-proteobacterial MFP。虽然序列非常不同于图所示1,这种对齐也给出了比较分数23道。,again far in excess of what is required to establish homology.


图2
第二个对齐,与图所示1使用两种不同的蛋白质,显示出类似的整个长度的相似度α螺旋形区域。从OMA同系物Sinorhizobium meliloti(最高;NP_437192),而从另一个强积金α-proteobacterium,Rhodospirillum centenum(底部;YP_002296615)。校准和比较分数确定图1给予32%的身份,相似度45%,2的差距,比较分数23停工

上面的结果总结了建立中部地区的MFPs同源相应的域限制群奥玛仕,在场α变形菌门。令人惊讶的是,序列相似性与MFPs中没有观察到来自其他革兰氏阴性变形菌门的奥玛仕。因此,我们分析这些蛋白质进一步如图3(一个)- - - - - -3 (d)。OMA的水疗法的情节(a)和MFP (d)蛋白质显示,二级结构的预测(b)和(c)生成的程序(23)和SOPMA项目(24),分别。水疗法块之间的相似性和二级结构预测是值得注意的。具体来说,我们看到两种蛋白质氨基端地区,显示预测的混合物 - - - 完全的结构,其次是中部地区 螺旋。这些螺旋区域后,我们再观察区域预测的SOPMA程序包含的混合物α- - -β结构的优势 结构。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图3
OMA的预测性能的比较美国meliloti((a)和(b))的MFPn mobilis((c)和(d))(见图1)。(a)平均水疗法(实线)和amphipathicity OMA(虚线)的阴谋(程序;(23])。(b)二级结构预测相同的OMA (SOPMA计划,(24])。(c) MFP的二级结构预测n mobilis。(d)平均水疗法和amphipathicity情节MFP相同。这两个序列是一致的使用程序的差距([21];图1),被用来证明相同。疏水性的单峰值对应的n端螺旋跨膜信号出现在两种蛋白质。在(b)和(c),长垂直线显示区域的预测 螺旋,中间长度竖线指示的区域 表,随机线圈或短竖线指示的区域 词。

3所示。讨论

的三维结构代表MFPs和奥玛仕是令人惊讶的是不同的8,9,14]。事实上,这些结构不同,没有注意到相似的调查人员进行x射线晶体研究。我们的结果导致的建议,这些蛋白质,包括中央的部分α螺旋区域,是从共同的祖先进化而来序列。事实上,在数据部分对齐1和2只有部分显示显著的序列之间的相似之处吗 -proteobacterial奥玛仕和革兰氏阴性细菌MFPs。当然,这并不证明,但它表明,这些蛋白质nonhomologous的其他部分。

在革兰氏阴性细菌MFPs,上面提到的三个区域,α螺旋区域显示了至少序列相似性与其他MFPs相比7]。此外,在一些但不是全部革兰氏阳性MFPs,这个地区被删除,因此这些MFPs小得多(10]。最合乎逻辑的解释这些发现(1)长卷曲螺旋区域的MFP取代相应的OMA螺旋区域,特别是在α变形菌门,(2)本地区的具体氨基酰基序列最小重要功能在所有的革兰氏阴性细菌,和(3)在某些革兰氏阳性细菌,没有周质,没有外膜,它不是必需的。

替换事件发生的α变形菌门可能发生晚,之后的分离α从其他变形菌门变形菌门。这将占比较高的分数,分数,例如,比对数据所示1和2。这个建议也同意观察MFPs,那些从α变形菌门最相似α螺旋的区域α-proteobacterial奥玛仕,显然暗示基因内转移事件发生α变形菌门。这将是有趣的评估详细的三维结构差异以及这些功能差异α-proteobacterial OMA同系物的这些观察。

特别感兴趣的是中央的特定角色α螺旋形区域内的蛋白质这两个家庭在执行各种功能,这可能是多方面的。我们的观察说明知之甚少的结构不同蛋白质的家人,即使eucidation高分辨率的蛋白质结构的代表这个家族的成员。他们还提供了不同寻常的和意想不到的例子关于蛋白质的发展进化过程中结构性差异。因此,分子基础的各种MFPs和OMA蛋白质之间的相同点与不同点应该为未来的研究提供有趣的材料。

确认

作者希望感谢乔纳森Mikolosko有益的讨论,和Dorjee Tamang,本王,Van Duong卡尔Welliver, Jeeni Criscenzo援助的准备。这项工作是由国家卫生研究院授予GM077402。