Processus de translocation membranaire révélé par des structures in situ de sécrétines du système de sécrétion de type II

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 4025 (2023) Citer cet article

1270 Accès

7 Altmétrique

Détails des métriques

Une correction de l'auteur à cet article a été publiée le 10 août 2023.

Cet article a été mis à jour

La sécrétine GspD est le canal membranaire externe du système de sécrétion bactérien de type II (T2SS) qui secrète diverses toxines responsables de maladies graves telles que la diarrhée et le choléra. GspD doit se déplacer de la membrane interne vers la membrane externe pour exercer sa fonction, et ce processus est une étape essentielle pour l'assemblage du T2SS. Ici, nous étudions deux types de sécrétines découvertes jusqu'à présent chez Escherichia coli, GspDα et GspDβ. Par moyenne de sous-tomogramme de cryotomographie électronique, nous déterminons les structures in situ des états intermédiaires clés de GspDα et GspDβ dans le processus de translocation, avec une résolution allant de 9 Å à 19 Å. Dans nos résultats, GspDα et GspDβ présentent des modèles d’interaction membranaire totalement différents et des modes de transition entre la couche de peptidoglycane. À partir de là, nous émettons l’hypothèse de deux modèles distincts pour la translocation membranaire de GspDα et GspDβ, offrant une perspective complète sur la biogenèse membranaire interne vers externe des sécrétines T2SS.

Les systèmes de sécrétion, qui sont des complexes protéiques situés dans l'enveloppe des cellules bactériennes, sont utilisés par les bactéries pour produire des substrats liés à la virulence qui facilitent la survie et la pathogénicité1. Parmi les systèmes de sécrétion, le système de sécrétion de type II (T2SS) est largement présent et fonctionnel chez les espèces de protéobactéries, notamment Escherichia coli (E. coli) non pathogènes, E. coli entérotoxinogène (ETEC), E. coli entéropathogène (EPEC), Vibrio cholerae, Klebsiella pneumoniae et Aeromonas hydrophila2. Les substrats T2SS chez les bactéries non pathogènes peuvent faciliter l'absorption des nutriments de l'environnement ou la symbiose avec des plantes ou des animaux, tandis que chez les bactéries pathogènes, les substrats T2SS peuvent faciliter l'adhésion aux hôtes, intoxiquer les cellules hôtes et supprimer l'immunité de l'hôte, provoquant diverses maladies3. Compte tenu des diverses fonctions du substrat du T2SS et de sa pertinence étroite pour la virulence et les maladies, connaître sa structure et son mécanisme de fonctionnement est nécessaire pour comprendre les fonctions des bactéries et développer des stratégies antimicrobiennes.

Le composant de la membrane externe du T2SS est la sécrétine, constituant une structure à grands canaux, se connectant à l'échafaudage protéique de la membrane interne et contrôlant la dernière étape du transport du substrat2. L'analyse phylogénétique des sécrétines T2SS des espèces de Proteobacteria a démontré deux types : les sécrétines de type Klebsiella trouvées dans Klebsiella et Dickeya ; et les sécrétines de type Vibrio trouvées dans Vibrio, ETEC et EPEC4. Les structures des deux types de sécrétine apparaissent toutes deux sous forme de canaux cylindriques contenant les domaines N0-N3, le domaine de sécrétine avec une région de grille centrale et le domaine S5,6,7,8,9,10. Mais elles sont différentes dans la région transmembranaire : les sécrétines de type Vibrio possèdent environ 20 acides aminés supplémentaires entre les hélices α7 et α8, formant une boucle s'étendant vers le haut et vers l'intérieur jusqu'à l'axe central du canal comme un toit, constituant une porte de capuchon, tandis que les sécrétines de type Klebsiella n'ont pas de cap gate5,6,7,8,9,10. Cela provoque directement des différences dans la hauteur des régions transmembranaires proposées des deux types de sécrétines, ce qui peut leur donner des manières différentes d'interagir avec la membrane. La structure in situ du T2SS a été visualisée chez Legionella pneumophila, ce qui a indiqué l'architecture du T2SS et l'interaction membranaire de la sécrétine11. Cependant, la résolution est limitée à quelques nanomètres, ce qui empêche l’observation de plus de détails sur la structure. L'étude des structures à haute résolution des sécrétines in situ pourrait révéler d'éventuels processus biologiques se produisant dans l'environnement cellulaire et offrir une compréhension plus complète de leur processus et mécanismes d'assemblage. Cet environnement ne peut pas être simulé avec précision in vitro et peut avoir un impact significatif sur le comportement de la sécrétine.