프로판디올 활용을 위한 박테리아 대사체의 생물 발생

Nature Communications 13권, 기사 번호: 2920(2022) 이 기사 인용

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박테리아 대사체는 박테리아의 단백질 소기관 계열입니다. 수천 개의 단백질이 자가 조립되어 기능성 대사체를 형성하는 방법을 밝히는 것은 세포 대사 및 병인에서의 중요성을 이해하는 데 필수적입니다. 여기에서 우리는 프로판디올 활용(Pdu) 대사체의 새로운 생물 발생을 조사하고 기능적 대사체의 생성 및 세포내 위치 지정에서 주요 구성 요소의 역할을 특성화합니다. 우리의 결과는 Pdu 대사체가 "화물 우선" 전략만 포함하는 β-카르복시좀 구조 유사체와 달리 "쉘 우선" 및 "화물 우선" 조립 경로를 모두 수행한다는 것을 보여줍니다. 쉘 및 화물 어셈블리는 셀 극에서 독립적으로 발생합니다. 내부 화물 코어는 여러 효소 복합체의 정렬된 조립을 통해 형성되며 대사체 구조 내에서 액체와 같은 특성을 나타냅니다. 우리의 연구 결과는 박테리아 대사체 조립을 촉진하는 분자 원리에 대한 기계적 통찰력을 제공하고 액체와 같은 세포 소기관 생물 발생에 대한 이해를 확장합니다.

진핵세포와 원핵세포 내 대사 경로의 구획화는 에너지와 신진대사를 강화하고 조절합니다1. 특정 대사 기능을 수행하기 위해 지질 결합 소기관을 사용하는 진핵생물과 달리, 많은 박테리아는 박테리아 미세구획(BMC)이라고 불리는 단백질성 소기관을 진화시켰으며, 이는 주요 대사 과정이 박테리아 세포의 세포질에서 기능하도록 합니다2,3,4. BMC는 효소와 대사산물을 모두 캡슐화하는 단일층 단백질성 껍질로 구성됩니다. 바이러스와 같은 다면체 껍질은 대사산물의 통과를 제어하는 ​​물리적 장벽 역할을 하며 격리된 미세 환경5,6,7,8에서 이화 작용을 촉진합니다. BMC의 고도로 진화된 구조 및 조립 기능을 통해 특수 박테리아 소기관이 다양한 박테리아 종에 걸쳐 CO2 고정, 감염 및 미생물 생태학에서 중추적인 역할을 할 수 있습니다2,9,10.

가장 잘 특성화된 BMC는 카르복시솜(캡슐화된 Rubisco 유형을 기반으로 하는 α- 및 β-카르복시솜을 포함하는 동화성 BMC)이며, 이는 모든 시아노박테리아와 많은 화학자가영양생물에서 CO2 고정을 향상시킵니다. 대조적으로, 1,2-프로판디올(1,2-PD) 활용 미세구획(Pdu BMC)은 이화 BMC 또는 대사체에 대한 모델입니다. 살모넬라 발병기전의 중요한 단계는 포유류 위장관의 집락화이며, 이는 1,2-PD15를 포함한 여러 탄소원의 이화작용을 필요로 합니다. Pdu BMC는 위장 병인 동안 1,2-PD의 분해에 중요한 역할을 하며 특정 무산소 환경 틈새에서 박테리아 적합성을 촉진합니다.

Pdu BMC의 구조는 고유 단백질 자가 조립을 통해 18~20가지 유형의 1만 개 이상의 단백질 하위 단위로 구성됩니다. 현재 지식에 따르면 병원성 박테리아인 Salmonella enterica serovar Typhimurium(S. Typhimurium)의 Pdu BMC 껍질에는 PduA, PduB, PduB', PduM, PduN, PduJ, PduK, PduT 및 PduU의 9가지 유형의 단백질 파라로그가 포함되어 있습니다. . 육량체 단백질 PduJ는 S. Typhimurium LT2의 Pdu BMC 내에서 가장 풍부한 껍질 단백질이며, PduA 및 PduBB'24가 그 뒤를 따릅니다. PduB 및 PduB'는 중복되는 유전자에 의해 코딩되며, PduB는 PduB'29에는 없는 N-말단 37개 아미노산 확장을 갖습니다. 오량체 단백질 PduN은 다면체 껍질의 정점을 차지합니다. PduBB', PduA 또는 PduJ 및 PduN은 Pdu BMC 형성 및 구조에 필수적인 쉘 구성 요소입니다. PduM은 PduN24보다 훨씬 덜 풍부하고 Pdu BMC28 내에서 알려지지 않은 기능을 갖는 구조 단백질입니다. PduK는 Pdu BMC24 내의 또 다른 작은 껍질 단백질입니다.