In Londen gevestigde wetenschappers hebben de structuur opgehelderd van een groot fragment van een bacterieel eiwit, bekend als WipA, die wordt uitgescheiden door Legionella pneumophila. Het werk, onlangs gepubliceerd in de Tijdschrift voor biologische chemie , toonde aan dat het eiwit enkele fascinerende eigenschappen bezat die waardevolle inzichten gaven in het werkingsmechanisme.

De bacterie, L. pneumophila, veroorzaakt een ernstige vorm van longontsteking die bekend staat als de veteranenziekte. De pathogeniteit van deze bacterie hangt af van de uitscheiding van meer dan 300 effectoreiwitten in de gastheer. Een dergelijke effector, WipA, vestigde de aandacht op zijn afhankelijkheid van een chaperonnecomplex (nodig om eiwitfunctionaliteit te verzekeren) voor zijn secretie en zijn onbekende rol in pathogeniteit.

Twee van de macromoleculaire kristallografie (MX) bundellijnen (I02 en I04) bij Diamond Light Source werden gebruikt om het onderzoek te starten en de kristalstructuur van een groot fragment van WipA op te lossen. De structuur toonde aan dat het eiwit een serine/threoninefosfatase-vouw bezat die verrassend genoeg gericht was op tyrosine-gefosforyleerde peptiden. Aanvullend, de hypothese was dat WipA zou kunnen overgaan van een homo-dimere toestand naar een hetero-dimere toestand om te interageren met een tyrosine-gefosforyleerd gastheerdoelwit. De ontdekkingen zullen helpen om de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan de pathogeniteit van Legionella te verduidelijken en kunnen de ontwikkeling van remmers helpen.

Geïnfecteerde damp

Veteranenziekte kan dodelijk zijn onder kwetsbare leden van een bevolking, en is bijzonder gevaarlijk tijdens ziekenhuisuitbraken. Een van de belangrijkste bronnen van Legionella-infectie is waterdamp in airconditioningsystemen, ketels, warme baden en douches.

Zodra een gastheer de geïnfecteerde damp inademt, de bacteriën komen de longen binnen en gaan op zoek naar witte bloedcellen, bekend als macrofagen. De bacteriën worden opgeslokt door de macrofagen, maar in plaats van door hen te worden gedood, de bacteriën maken slim gebruik van een type IVb-secretiesysteem om een ​​enorme reeks effector-eiwitten in de gastheercel af te scheiden om de cellulaire machinerie van de gastheer te overmeesteren en de overleving van bacteriën te verzekeren.

Uitgebreide screening

Het belangrijkste fragment van WipA werd met succes gekristalliseerd door beide uiteinden van de sequentie te verwijderen die ongestructureerde regio's voorspelde. De kristallen werden aanvankelijk geanalyseerd bij Diamond's I02- en I04-bundellijnen, terwijl het werk werd voltooid aan de PetraIII P13-bundellijn in het European Molecular Biology Laboratory in Hamburg.

Bij Diamant, de Microfocus MX-bundellijn (I04) werd gebruikt voor kristalscreening en I02 werd gebruikt voor het verzamelen van diffractiegegevens. Dr. Nikos Pinotsis is een postdoctoraal onderzoeker in structurele en moleculaire biologie in het laboratorium van professor Gabriel Waksman aan het Institute of Structural and Molecular Biology in Birkbeck/UCL en mede-onderzoeker van de studie. Hij legde hun aanpak uit, "Hoewel de grootte van de WipA-kristallen voldoende was voor experimenten met eenkristaldiffractie, de meeste vertoonden meerdere en/of ongeordende roosters, daarom was uitgebreide screening van cruciaal belang voor het succesvol verkrijgen van gegevens met een hoge resolutie en kwaliteit. We hebben onze strategieën voor gegevensverzameling geoptimaliseerd tot een bundelgrootte die voldoende paste bij de kortere kristalafmetingen en de bundel geoptimaliseerd door de bundel en belichtingstijd te maximaliseren en de stralingsschade te minimaliseren."

Eerste in zijn klasse

De structuur van het WipA-fragment vertoonde een fosfataseplooi gemonteerd op een spiraalvormige haarspeld, die de eerste in zijn klasse was. De kern van deze structuur leek op een serine/threonine-eiwitfosfatase, maar biochemische experimenten toonden onverwacht aan dat het een voorkeur had voor tyrosine-gefosforyleerde substraten. Deze verrassende waarneming was slechts één keer eerder opgemerkt bij enkele honderden vergelijkbare fosfatasen.

Dr Pinotsis legde de relevantie van de bevindingen uit:"Zodra het gastheerdoel voor defosforylering door WipA bekend is, remmers kunnen worden ontworpen om die interactie te remmen. Hoewel het mogelijk is dat deze bevindingen kunnen leiden tot het ontwerp van antibacteriële middelen, ze dragen meestal bij aan een algemeen begrip van de overleving en pathogeniteit van een bacterie, wat een zeer belangrijke eerste stap is om langdurige behandelingen tegen infecties op te zetten."

Het team is van plan om het WipA-doelwit in gastheercellen te identificeren en zal verdere eiwit-eiwitinteracties blijven onderzoeken om een ​​vollediger beeld te krijgen van het infectiemechanisme van Legionella.