L'effettore Tse5 di P. aeruginosa forma pori della membrana che interrompono il potenziale di membrana dei batteri intossicati

Biologia delle comunicazioni volume 5, numero articolo: 1189 (2022) Citare questo articolo

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Il sistema di secrezione di tipo VI (T6SS) di Pseudomonas aeruginosa inietta proteine ​​effettrici nelle cellule concorrenti e ospiti vicine, fornendo un vantaggio di fitness che consente a questo patogeno nosocomiale opportunistico di persistere e prevalere durante l'insorgenza delle infezioni. Tuttavia, nonostante l'elevata rilevanza clinica di P. aeruginosa, l'identità e la modalità d'azione della maggior parte degli effettori dipendenti da P. aeruginosa T6SS restano da scoprire. Qui, riportiamo il meccanismo molecolare di Tse5-CT, il prodotto tossico auto-proteolitico dell'effettore esportato Tse5 da P. aeruginosa T6SS. I nostri risultati dimostrano che Tse5-CT è una tossina che forma pori che può trasportare ioni attraverso la membrana, causando la depolarizzazione della membrana e la morte batterica. Il potenziale di membrana regola un'ampia gamma di funzioni cellulari essenziali; pertanto, la depolarizzazione della membrana è una strategia efficiente per competere con altri microrganismi in ambienti polimicrobici.

I batteri solitamente si associano alla formazione di strutture polimicrobiche chiamate biofilm1,2, dove spesso competono con altri microrganismi per lo spazio e le sostanze nutritive. In questo contesto, molti batteri Gram-negativi utilizzano il sistema di secrezione di tipo VI (T6SS) per fornire effettori tossici ai concorrenti più vicini per ucciderli o sovvertire le loro funzioni biologiche chiave. Pertanto, il T6SS fornisce un vantaggio evolutivo ai batteri che consente loro di prosperare e riuscire nella colonizzazione di nicchia3,4,5. Il T6SS assembla all'interno dei batteri 14 componenti essenziali legati alle proteine ​​della coda del batteriofago T45,6,7,8,9,10,11. Il meccanismo di iniezione è energizzato dalla contrazione della guaina TssBC (nota anche come VipAB)10,12,13, che incapsula la struttura tubolare dell'Hcp. Il tubo Hcp è sormontato dal complesso della punta VgrG-PAAR, che si ritiene faciliti la perforazione delle membrane delle cellule produttrici e bersaglio in seguito alla contrazione della guaina TssBC9,10. Gli effettori T6SS sono incapsulati all'interno del tubo Hcp14 o associati al complesso di punta VgrG-PAAR15. Inoltre, esistono altri effettori come domini di estensione sulle proteine ​​VgrG16,17,18, Hcp19 o PAAR10. È importante sottolineare che i batteri che hanno uno specifico effettore antibatterico T6SS codificano anche una corrispondente proteina immunitaria affine, che si lega specificamente all'effettore, neutralizzandone così la tossicità20.

P. aeruginosa contiene nel suo genoma tre cluster T6SS indipendenti (H1, H2 e H3-T6SS)21,22. Gli effettori noti rilasciati dall'H1-T6SS hanno un'attività antiprocariotica che prende di mira: (i) il peptidoglicano della parete cellulare (Tse1: attività peptidasi23,24 e Tse3: attività muramidasi25,26), (ii) la membrana (Tse414,27), ( iii) NAD(P)+ (Tse6: attività glicoidrolasi28), (iv) il DNA (Tse7: attività DNasi29) e (v) biosintesi delle proteine ​​(Tse830). Inoltre, una chiave per decifrare il ruolo degli effettori T6SS è comprenderne i meccanismi di regolazione. I batteri hanno sviluppato diverse strategie per implementare il loro T6SS. Mentre alcuni ceppi di Vibrio cholerae assemblano e attivano il loro apparato in posizioni casuali nella cellula, P. aeruginosa PAO1 utilizza l'H1-T6SS in modo più difensivo, assemblandolo e attivandolo solo esattamente dove rileva un attacco da parte di un altro batterio31,32,33,34 ,35,36,37. Di conseguenza, mentre V. cholerae è sconfitto nelle coculture con P. aeruginosa quando entrambi gli organismi hanno un T6SS funzionante, P. aeruginosa non uccide un ceppo di V. cholerae T6SS-negativo36. Questo meccanismo difensivo è stato osservato in coculture di P. aeruginosa con altre specie batteriche T6SS+, tra cui Acinetobacter baylyi o Burkholderia thailandensis36,38,39 ed è stato chiamato risposta tit-for-tat T6SS36.

Nel presente studio, indaghiamo Tse5 (PA2684), un effettore dipendente da H1-T6SS conservato tra i ceppi di P. aeruginosa isolati da pazienti con fibrosi cistica e bronchiectasie40. Due laboratori14,41, quasi contemporaneamente, hanno scoperto Tse5. Tuttavia, il suo meccanismo d’azione rimane sfuggente. È stato dimostrato che Tse5-CT è tossico quando espresso nel citoplasma di Escherichia coli41 e quando diretto al suo periplasma14. Tse5 si associa a VgrG4 (PA2685, noto anche come VgrG1c) per il rilascio dipendente da H1-T6SS nelle cellule bersaglio14,41. Inoltre, le cellule produttrici di Tse5 si proteggono dall'intossicazione da parte della proteina immunitaria affine Tsi5 (PA2683)14,41. Tsi5 contiene due regioni transmembrana previste. Inoltre, esperimenti di localizzazione subcellulare e analisi Western blot hanno dimostrato che si fraziona con la membrana citoplasmatica delle cellule di E. coli che esprimono Tsi5, il che supporta l'ipotesi che Tsi5 sia una proteina integrale di membrana41.