Een internationaal team onder leiding van onderzoekers van het Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) gebruikte geavanceerde beeldvorming om een ​​eiwitpomp in realtime vast te leggen. De bevindingen onthulden hoe bacteriën eiwitten de cel uit sturen, een mechanisme dat verband houdt met bacteriële pathogenese en biofilmvorming. Bacteriële secretiesystemen zijn ook van belang in de biotechnologie en de geneeskunde, omdat ze kunnen worden gebruikt om therapeutische eiwitten aan specifieke doelcellen af ​​te leveren.

Gram-negatieve bacteriën zijn in staat eiwitten door hun buitenmembranen te sturen via een grote moleculaire machine die bekend staat als het type II-secretiesysteem (T2SS). Deze pomp bestaat uit ongeveer 15 eiwitcomponenten die samenwerken als een injectiespuit, waardoor bacteriën effectoreiwitten de omgeving in kunnen sturen.

"Met behulp van cryo-elektronenmicroscopie konden we deze multi-eiwitassemblage, het secretine genaamd, op moleculair niveau in beeld brengen. Het secretine vormt het kanaal waardoor de effectoreiwitten worden uitgeworpen", legt Dr. Daniel Depo, eerste auteur van het onderzoek uit. het papier en een postdoctoraal onderzoeker bij OIST.

Een van de uitdagingen bij het in beeld brengen van biologische structuren is om ze zo dicht mogelijk bij hun oorspronkelijke staat te houden. Dit is vooral belangrijk voor eiwitcomplexen zoals secretine, dynamische structuren die voortdurend conformationele veranderingen ondergaan.

"Wat onze studie anders maakt dan de vorige, is dat we de secretine in beeld hebben gebracht zoals het functioneert, in een proces dat cryo-trapping wordt genoemd", aldus Dr. Depo. "Deze aanpak stelt ons in staat een reeks momentopnamen vast te leggen tijdens de verschillende stappen van de secretiecyclus."

De wetenschappers gebruikten een combinatie van beeldvormingstechnieken, waaronder cryo-EM met één deeltje en snelle atoomkrachtmicroscopie om de structuur en functie van het secretine vast te leggen. De resultaten onthulden hoe het secretine een gated channel vormt en hoe het interageert met effectoreiwitten om de efficiënte uitscheiding van eiwitten uit de cel mogelijk te maken.

"Het mechanisme van eiwitsecretie in gramnegatieve bacteriën wordt al tientallen jaren bestudeerd", zegt professor James Hurley, senior auteur van het artikel en hoofd van de Molecular Cryo-Imaging Facility van OIST. “Dit uitscheidingsproces speelt een belangrijke rol in de manier waarop bacteriën interageren met hun omgeving, zoals het veroorzaken van ziekten bij planten of dieren. Door de mechanismen op moleculair niveau te begrijpen, hopen we inzicht te krijgen in nieuwe strategieën voor het ontwikkelen van medicijnen om deze te remmen. processen."

Dit onderzoek, gepubliceerd in Nature Communications, opent nieuwe wegen voor het begrijpen van de structuur en functie van de T2SS en zal helpen bij de voortdurende ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën gericht op de secretieroute.