Onderzoekers van de Universiteit van Osaka gebruiken röntgenkristallografie en elektronenmicroscopie om de assemblage van het exportpoortapparaat in Salmonella op te lossen. De nieuwe details van deze nanomachine zullen naar verwachting verduidelijken hoe bacteriën eukaryote cellen infecteren en nieuwe moleculaire doelen presenteren voor het ontdekken van geneesmiddelen.

Een van de oudste nanomachines in de biologie is het bacteriële flagellum. Dit apparaat is evolutionair essentieel, waardoor bacteriën het vermogen krijgen om te bewegen. Het flagellum vertoont grote gelijkenis met een andere bacteriële structuur, het injectisoom, wat, zoals de naam al aangeeft, is hoe sommige bacteriën hun inhoud afleveren om een ​​gastheer te infecteren. Een nieuwe studie door onderzoekers van de Universiteit van Osaka onthult hoe een specifieke structuur in flagellum en injectisoom, het exportpoortcomplex, dynamisch assembleert en hoe het voorkomen van deze assemblage bacteriën onschadelijk kan maken. Het onderzoek is te zien in PLOS Biologie .

Universitair hoofddocent Tohru Minamino aan de Graduate School of Frontier Biosciences bestudeert al jaren het exportpoortcomplex met behulp van elektronenmicroscopie. Zijn interesse in dit complex ligt vooral bij de engineering van nieuwe nanomachines, maar hij realiseerde zich dat hetzelfde onderzoek medische implicaties zou kunnen hebben.

"Er zijn veel structurele en functionele overeenkomsten tussen de flagellaire en injectisome-eiwitten. Ze zouden goede doelen kunnen zijn voor het remmen van bacteriële infectie, " hij zei.

Het exportcomplex in Salmonella flagellum bestaat uit vijf transmembraaneiwitten. Deze zullen achtereenvolgens samenkomen om de exportpoort te vormen, beginnend met het eiwit FlipP. Aangenomen wordt dat de exportpoort in Salmonella-injectisoom op dezelfde manier wordt samengesteld met behulp van vijf homologe eiwitten. Minamino laat zien dat hoewel het geen deel uitmaakt van de poortstructuur, een zesde transmembraaneiwit, FliO, is essentieel om met de montage van de poort te beginnen.

"FliO fungeert als een steiger voor FliP om een ​​ringstructuur te vormen. Zonder deze ring, de andere transmembraaneiwitten zullen niet volgen in het poortcomplex, " hij zei.

Elektronenmicroscopiebeelden gaven aan dat de FliO-steiger ervoor zorgt dat FliP een hexameer vormt, waardoor volgende transmembraaneiwitten zich bij de assemblage kunnen voegen. Elektrostatische berekeningen identificeerden welke specifieke aminozuren in FliP cruciaal waren voor de FliO-FliP-interacties en de FliP-FliP-interacties, het verstrekken van kandidaat-doelen voor experimentele geneesmiddelen. Om aan te tonen dat FliO nodig is voor de assemblage van de exportpoort en niet voor de structuur, Minamino toonde aan dat de overexpressie van FliP het FliO-defect kan omzeilen en doorgaan met het voltooien van het exportgate-apparaat.

Hoewel FliO FliP in staat stelt een hexameer te vormen, het FliP homologe eiwit in het injectisoom, SpaP, vormt een pentemeer en een hetero-hexameer samen met SpaR, het FliR homologe eiwit. Computeranalyse suggereerde dat FliP ook deze structuur zou kunnen aannemen.

"Een aanzienlijk aantal van de FliP-ringdeeltjes die we hebben geanalyseerd, kan worden toegewezen aan 5-voudige rotatieanalyse, zodat ze pentameren konden vormen. We zijn ervan overtuigd dat FliP een goed model is voor SpaP, ' zei Minamino.

Identificatie van de eerste stap voor de montage van de exportpoort, namelijk de oligomerisatie van FliP door FliO-interacties, suggereert een mogelijke manier om de pathologie van bacteriën zoals Salmonella te verstoren.

"Onze bevindingen suggereren dat FliP-homologen van het injectisoom veelbelovende medicijndoelen zijn, ' zei Minamino.