Molekulare Mechanismen der Magenepithelzellen Zelladhäsion und Injektion von CagA durch Helicobacter pylori

Molekulare Mechanismen der Magenepithelzellen Zelladhäsion und Injektion von CagA durch Helicobacter pylori
Zusammenfassung Helicobacter pylori ist
ein sehr erfolgreiches Erreger eindeutig angepasst kolonisieren Menschen. Magen-Infektionen mit diesem Bakterium kann Pathologie im Bereich von chronischer Gastritis und Magengeschwüren zu Magenkrebs auslösen. Mehr virulenten H. pylori
Isolate zahlreiche bekannte Adhäsine (BabA /B, SabA, AlpA /B, OIPA und HopZ) und die cag
(Cytotoxin-assoziierte Gene) Pathogenitätsinsel Codieren eines Typ-IV-Sekretionssystem Hafen (T4SS). Die Adhäsine etablieren engen Kontakt mit bakteriellen Wirtszielzellen und die T4SS stellt eine nadelartige Pilus Vorrichtung zur Lieferung von Effektor-Proteine ​​in Wirtszielzellen wie CagA. BabA und SabA binden an Blutgruppen-Antigen und sialylierten Proteine ​​sind, und einer Reihe von T4SS Komponenten einschließlich Cagi, CAGL, cagy und CagA haben gezeigt, dass das Integrin β Ziel 1 -Rezeptor gefolgt von Injektion von CagA auf der Wirtszellmembran . Die Wechselwirkung von CagA mit membranverankerte Phosphatidylserin kann auch eine Rolle im Lieferprozess spielen. Während erhebliche Fortschritte in unserem heutigen Verständnis von vielen der oben genannten Faktoren vorgenommen wurden, sind die Wirtszellrezeptoren für OIPA, HopZ und AlpA /B während der Infektion noch nicht bekannt. Hier haben wir die jüngsten Fortschritte überprüfen, die Wechselwirkungen der verschiedenen Adhäsine und Struktur T4SS Proteine ​​mit Wirtszellfaktoren bei der Charakterisierung. Der Beitrag dieser Wechselwirkungen zu H. pylori
Kolonisierung und Pathogenese diskutiert wird.
Schlüsselwörter Helicobacter pylori
Adhärenz Adhäsin-Integrin-Rezeptor-Signal-Typ IV-Sekretion Introduction
H. pylori
kolonisiert den Magen von etwa der Hälfte der menschlichen Weltbevölkerung, die mit chronischen verbunden ist, häufig asymptomatisch Gastritis in allen infizierten Personen. In Abhängigkeit von verschiedenen Kriterien, schweren Magengeschwüre einschließlich Magenerkrankungen können in bis zu 10-15% der infizierten Personen auftreten [1-3]. H. pylori
Infektionen sind häufig mit einer starken Entzündungsreaktion diagnostiziert, aber die Bakterien entwickelt zahlreiche Mechanismen im Laufe der Evolution durch die Abwehr Maschinerien Erkennung und Beseitigung zu vermeiden, und wenn nicht mit Antibiotika behandelt wird, kann sie für das Leben fortbestehen. H. pylori
-induzierte Gastritis ist die stärkste singuläre Risikofaktor für Krebserkrankungen des Magens zu entwickeln; jedoch nur ein kleiner Teil der infizierten Personen entwickeln Malignität wie assoziierten lymphatischen mucosa Gewebe (MALT) Lymphom und sogar Adenokarzinom des Magens [1-3]. Adenokarzinom des Magens stellt die zweithäufigste Ursache für Krebs-assoziierten Tod weltweit und etwa 700.000 Menschen an dieser Bösartigkeit sterben jährlich [3]. Das klinische Ergebnis einer Infektion mit H. pylori
auf einem sehr komplexen Szenario von Wirt-Pathogen-Übersprechens abhängig ist. Krankheitsprogression wird durch verschiedene Faktoren, einschließlich der genetischen Prädisposition des Wirts, dem bakteriellen Genotyp und Umgebungsparameter bestimmt [1-3]. Die zellulären und molekularen Mechanismen entwickelt von H. pylori
Abwehrstrategien weltweit intensiv untersucht worden sind zu untergraben.
Klinische H. pylori
Stämme sind sehr unterschiedlich sowohl in ihrer genetischen Information und potenziellen Pathogenität zu induzieren. Myriaden von bakteriellen Faktoren sind berichtet worden, die Pathogenese von H. pylori-Infektionen
zu beeinflussen. Es gibt zwei klassische Virulenzfaktoren ausgedrückt durch H. pylori
, das CagA-Protein durch das Cytotoxin-assoziierte codierten Gene Pathogenitätsinsel (cag
PAI) und der Vakuolen cytotoxin (VacA). Sekretierten VacA können verschiedene Reaktionen einschließlich Porenbildung in der Wirtszellmembran, Modifikation von Endo-lysosomalen Handel, zelluläre Vakuolisierung, Immunzellhemmung und Apoptose auslösen. VacA Die Aktivitäten sind in mehreren Übersichtsartikeln hervorgehoben [1-4] und wird hier nicht diskutiert werden. In der Mitte der neunziger Jahre wurde die cag
PAI vollständig sequenziert von verschiedenen H. pylori-Stämme
und fand ein 40-kb-DNA-Einsatzelement in dem Chromosom zu repräsentieren, die von 31-bp direkte Wiederholungen flankiert wird und trägt oben 32 Gene [5, 6]. Große wissenschaftliche Interesse konzentriert sich auf das CagA-Protein, das in virulenter Isolate vorhanden ist, aber ist in der Regel fehlen in weniger virulenten H. pylori-Stämme
. Somit dient CagA als Virulenz Marker für die cag
PAI [7, 8]. Die Arbeit in den letzten zehn Jahren hat, dass die cag gezeigt
PAI Typ-IV-Sekretionssystem (T4SS) codiert, das CagA in Zielzellen injiziert, wo sie mit mehreren Host-Zell-Signalkaskaden stört [9, 10]. Andere gut beschrieben Pathogenität assoziierte Mechanismen umfassen Flagellen-driven bakterielle Motilität, Urease-vermittelte Neutralisierung von pH-Wert, HtrA-vermittelte Spaltung von E-Cadherin, Änderung der Wirtszelle Cholesterin, von äußeren Membranvesikeln Abwurf und Peptidoglycan-abhängige Immunantworten [ ,,,0],1-3, 11-13]. Darüber hinaus trägt H. pylori
mehrere klassische Oberfläche Adhäsine ermöglicht enge Anhaften der Bakterien an Magenepithelzellen. Hier beschreiben wir die verschiedenen molekularen Adhäsion Strategien von H. pylori
zu Magenepithelzellen Zielzellen, die Bakterien-Bindung erleichtern. Wir diskutieren auch die Struktur und Funktion des T4SS, und wie sie in Kontakt mit Faktoren Wirtszelloberfläche der CagA-Effektor-Protein.
Rolle der klassischen H. pylori
Adhäsine
Intensive Forschung in den letzten Jahren zu injizieren hat gezeigt, dass H. pylori
ein breites Spektrum an verschiedenen Anheftungsfaktoren codiert, für die zum Teil die entsprechenden Wirtszellrezeptor (en) identifiziert wurden (Tabelle 1). Die H. pylori
Genomen aus verschiedenen Stämmen enthalten mehr als 30 Gene, die Proteine ​​der äußeren Membran (OMPs) kodieren, die in Hop (Helicobacter
äußeren Membran Porine), und Hor (hop bezogen) Untergruppen unterteilt wurden. Die Hop-Familie von Proteinen enthält mehrere gut beschrieben Adhäsine von H. pylori
wie BabA, SabA, AlpA /B, HopZ und OIPA. Doch unter klinischen Stämmen von H. pylori
beträchtliche Unterschiede in der Expression von OMP existiert. Dies wird vermutlich ein Selektionsdruck für die bakterielle Adhäsion zu reflektieren, die sowohl zwischen und innerhalb der infizierten Personen im Laufe der Zeit unterschiedlich sein können. Es hat sich gezeigt, dass unter Akt in Verbindung mit Faktoren aus der cag
PAI diskutiert, um einige der klassischen Adhäsionsmoleküle gezeigt mehrere Wirtszelle Prozesse einschließlich veränderter Transkription, Zytoskelett-Umlagerungen, Eröffnung der Zell-Zell-Verbindungen zu entführen, Beginn von Entzündungen und andere, wie in einem vereinfachten Modell (Abbildung 1A) .Tabelle 1 Eigenschaften von cag
PAI-unabhängige und cag
PAI-abhängige Wirtszelle Adhäsion zusammengefasst factorsa
Bakterielle Faktor
Host-Rezeptor Bei
Zellsysteme verwendet Berichtet
H. pylori
Stämme verwendet
Angewandte Methoden
Referenzen
BabA
fukosylierte Blutgruppe Leb-Antigene und H1
Menschliche Abschnitte Magengewebe
P466 , CCUG17875, A5, M019, 26695
RIA, Receptor Verschiebung asssay, Scatchard-Analyse,
[14]
Leb, H1, A, Aleb und bleb
- P466, CCUG17875, J99
Overlay-Bindungsstudien mit radioaktiv markiertem Glycoconjugaten
[15]
Babb
Unbekannt
- -
- -
SabA
sialylierten dimeren Lewis x, Sialyl Lea Antigen
Mensch und Affe Magengewebeschnitte
CCUG17875, J99, 26695, SM165, WU12
RIA und Scatchard-Analyse
[26]
Laminin
- J99
Glycoconjugate Array-Bindungsstudien
[30]
OIPA
Unbekannt
AGS, KATO-III
B128, G27
Bakterienadhärenz Assays
[37]
AlpA /B
Laminin
- 26695,
SS1 Durchflusszytometrie, Biacore Bindungsstudien, Oberflächen Adhärenzassay
[33]
HopZ
Unbekannt
AGS
ATCC43504, 342, 326/01
AGS Zelladhäsion Assays
[39]
CagA
β1 Integrin
GE11 vs. GE11β1
P12
Y2H, PD mit magnetischen Perlen, FACS, Studien Biacore Bindung
[82]
Phosphatidylserin
AGS
NCTC11637
Bindungsstudien, CF, AB-Blockierung, IF
[83]
Cagi
β1 Integrin
- -
Y2H, PD mit magnetischen Kügelchen, FACS
[82]
CAGL
β1 Integrin
AGS, GD25 vs. GD25β1, HeLa, Maus-Fibroblasten
P1, P12
Biacore-Bindungsstudien, Peptide Wettbewerb, Zelladhäsion Assays, AB-Blockierung, CF
[61, 81]
cagy
β1 Integrin
GE11 vs. GE11β1
P12
Y2H, PD mit magnetischen Kügelchen, FACS
[82]
a Abkürzungen: AB (Antikörper); CF (zelluläre Fraktionierung); FACS (Fluorescence-activated cell sorting); IF (Kolokalisation durch Immunofluoreszenz); PD (Pull-Down-Experimente); RIA (Radioimmunoassay); Y2H (Hefe-Zwei-Hybrid-Screen).
1 H. pylori-Interaktionen mit Epithelzellen Abbildung die Rollen von Adhäsine und den Typ-IV-Sekretionssystem (T4SS) kodiert von cag PAI hervorheben. (A) (1) H. pylori
Adhäsine apikal vermitteln bekannten und unbekannten Rezeptoren auf Magenepithels Bindung und wahrscheinlich auch eine direkte Signalübertragung, wie angegeben. (2) Hochregulation von Transkriptionsfaktoren wie NF &kgr; B führt zur Produktion von pro-inflammatorischen Cytokinen und Chemokinen. (3) Die Sekretion von Mediatoren bei basolateralen Oberflächen zieht Immunzellen an den Ort der Infektion. (4) Bei der Wirtszelle Kontakt, H. pylori
zusammenbaut T4SS Pili an ihrer Oberfläche ermöglicht Lieferung von Molekülen, CagA und Peptidoglykan, aus bakteriellen Zytoplasma in die Wirtszellen. cag
PAI-Proteine ​​(CagA, Cagi, CAGL und cagy) mit Integrin-Rezeptoren interagieren. Wechselwirkungen mit Phosphatidylserin (PS) und Cholesterin in Lipidflößen sind ebenfalls in T4SS Prozessen beteiligt. T4SS und CagA sind in zahlreichen zellulären Wirkungen, einschließlich Störungen der Zell-Zell-Verbindungen (5), Zytoskelett-Umlagerungen (6) und der Kern Signalisierung (7) beteiligt. (B) Zwei Modelle für die montierten T4SS Maschinen in H. pylori
vorgeschlagen werden. Modell-1 annimmt VirB1-11 Proteine, der Kopplungsfaktor VirD4 und Zusatzfaktoren wie CagF (a vorgeschlagen Chaperon von CagA) montieren in einer ähnlichen Weise wie vorgeschlagen für A. tumefaciens
T4SS [10]. Modell-2 geht davon aus, dass die T4SS die gleichen Virb /D-Proteine ​​als Modell-1 mit zwei großen Unterschiede erfordert. Die T4SS pilus Oberfläche ist mit cagy (VirB10) Molekülen bedeckt und VirB5 ist ausgeschlossen [50]. H. pylori
VirB10 ist ein sehr großes Protein (~ 250 kDa) mit zwei Transmembrandomänen eine hairpin-loop-Struktur im Pilus zu bilden, wie dargestellt ist [64]. Immunogoldmarkierung der Schleifenbereich in cagy angegeben, dass dies auf den extrazellulären Raum freigelegt ist und durch einen unbekannten Mechanismus zur Pilus Oberfläche transportiert [64]. Abkürzungen: AJ (adherens junction); HtrA- (Hochtemperaturanforderung A-Protease); Leb (Lewis B-Antigene); M &PHgr; (Makrophagen); NTP (Nukleotidtriphosphats); NDP (Nucleotiddiphosphat); P (Phosphatgruppe); SDL (Sialyl-Dimer-Lewis × Glycosphingolipids); TJ (tight junctions).
BabA
Das OMP Mitglied BabA war die erste H. pylori
Adhäsin entdeckt. BabA vermittelt zu Lewis B-Antigenen der Bakterien bindet, Leb [14] und zugehörige Klemme Fucosereste auf Blutgruppe O (H-Antigen) gefunden, A und B-Antigenen [15], die auf der Magenschleimhaut zum Ausdruck kommen. Mehrere chromosomale Loci und Allele für BabA wurden berichtet bestehen und Leb-Bindungsaktivität wurde durch das BabA2 Allel [14] zu erleichtern gezeigt. Jedoch neuere Arbeiten darauf hin, dass BabA1 Allele nur sehr selten auftreten und sind schwer zu erkennen [16] Wesentliche Aminosäurepolymorphismen existieren unter BabA Proteine ​​von verschiedenen Stämmen exprimiert [17]. Diversity erscheint auch in Bezug auf die Bindung von Stämmen Leb und BabA Expression und Bindungsaffinität für A, B und O-Antigene korreliert mit Blutgruppen-Antigen-Expression des Wirts [15, 18]. Ein eng verwandtes Gen Babb
kodiert für ein Translationsprodukt, das signifikante N- und C-terminalen Ähnlichkeit zu BabA hat. BabA Karten und Babb
nahezu identisch in ihren 5'- und 3'-Regionen, aber es gibt Sequenzdivergenz in ihrem mittleren Bereich [19] zeigt, dass die zentrale variable Regionen einzigartige Funktionen wahrscheinlich kodieren. Viele Leb unverbindlich Stämme exprimieren stille BABA
Gensequenzen, die durch Rekombination in den Locus
Babb aktiviert werden kann chimären Babb /A
Gene bilden [20]. BabA Expression in vivo
scheint jedoch sehr dynamisch. Experimentelle Infektion von Rhesus-Makaken, Mäuse und Mongolische Rennmäuse führte zu einem Verlust von BabA Expression und Leb Bindung [21, 22]. Post-Infektion Stämme von Gerbils isoliert enthielt ein BabA2 Protein, das durch sechs Aminosäuren aus dem Stamm zur Inokulation verwendet wurde modifiziert. Komplementationsexperimente bestätigt diese sechs Aminosäurereste sind entscheidend für zu fukosylierte Blutgruppenantigene Bindung [22]. In einer aktuellen Studie führte experimentelle Infektion der mongolischen Wüstenrennmäuse in völliger Abwesenheit der Expression von BabA auf sechs Monate nach der Infektion. Der Verlust der BabA Expression resultierte Veränderungen innerhalb des BABA
Gen bis Nukleotid, die in einem verkürzten BabA Translationsprodukt ergab [23]. BabA-vermittelte Adhäsion von H. pylori
auf der Oberfläche von Epithelzellen Leb wurde in vitro
gezeigt worden ist, unter Verwendung Leb MDCK-Zellen transfiziert und in vivo
, Infektion von mongolische Gerbils Verwendung cag zu vermehren
PAI-abhängige H. pylori
Pathogenität durch Auslösen der Produktion von entzündungsfördernden Zytokinen und Präkanzerosen bezogenen Faktoren [24] (1A). Somit scheint die Expression des BabA Adhäsin dicht mit dem Einsetzen der T4SS-verwandten Wirtszellantworten in vivo
. Die Anwesenheit von BABA
mit CagA
und vacA
s1 Allele assoziiert, und Stämme, die alle drei dieser Gene besitzen entstehen das höchste Risiko von Magenkrebs Entwicklung [25].
SabA
Die Expression von Sialyl-Dimer-Lewis × Glycosphingolipids wird nach einer Infektion mit H. pylori
und Entzündung nach oben reguliert. Dieses Molekül wirkt auch als Rezeptor für den Krankheitserreger und die Bindung wird durch die bakterielle OMP Glied vermittelt wird, SabA [26]. Nein zu Gangliosiden Bindung wurde mit einem SabA-negativen Mutantenstamm erhalten eine Dünnschichtchromatographie-Overlay-Assay unter Verwendung von [27]. Die Infektion der Magenepithelzellen Krebszelllinie MKN45 mit H. pylori
hochregulierten Expression des Gens für β3 GlcNAc T5, eine GlcNAc-Transferase essentiell für die Biosynthese von Lewis-Antigene. Die Überexpression dieses Gens in beiden MKN45 und AGS Adenokarzinom des Magens Zelllinien führen zu Expression des SabA Ligand Sialyl Lex, was darauf hindeutet, dass H. pylori-
kann Rezeptorexpression modulieren [28]. SabA wurde als Hämagglutinin identifiziert, die auf der Oberfläche zu sialylierten Strukturen bindet der roten Blutkörperchen gefunden und es gibt eine gute Korrelation zwischen den Stämmen von Sialinsäure abhängigen Hämagglutination und Sialyl-Lex-Bindungs ​​[29]. Wie Beobachtungen mit BabA wurde in Sialyl Bindungseigenschaften unter klinischen H. pylori
Isolate, ein hohes Maß an Polymorphismus berichtet was darauf schließen lässt, dass SabA an seinen Wirt passt sich an der Schleimhaut Sialylierungsmuster der infizierten Person abhängig [29]. SabA hat auch zu vermitteln Bindung von H. pylori
an sialylierte Einheiten auf der extrazellulären Matrix Protein Laminin gezeigt worden [30].
AlpA /B
Zwei stark homologe Gene alpA
und AlPb genannt
wurden auch für die integrale OMP zu kodieren charakterisiert und gezeigt. Adhesion Experimente zeigten, dass sie auch in die Einhaltung von H. pylori beteiligt sind
zu menschlichen Magengewebebiopsien [31]. OMP Expressionsprofilen von 200 Stämmen aus Deutschland zeigten, dass nahezu alle klinischen Isolate die ALPA und AlPb Proteine ​​im Gegensatz zu vielen anderen OMP erzeugt, die bei sehr variablen Raten produziert wurden [32]. Kürzlich beide AlpA und AlPb Proteine ​​wurden Maus Laminin in vitro
und plasmidgetragenen alpA
Laminin-Bindungsfähigkeit auf E. coli
[33] verliehenen bindet. Keine andere Bindungspartner oder Rezeptoren für AlpA und AlPb konnten bisher nicht identifiziert worden. Die alpA /B l
ocus wurde auch gezeigt, Wirtszellsignalisierung und Cytokin-Produktion bei der Infektion zu beeinflussen. Löschen von alpA /B
Gene reduziert IL-8 Induktion während der Infektion mit ostasiatischen aber nicht mit westlichen H. pylori-Stämme
[34]. Die alpA /B
Mutanten die Mägen von C57BL /6-Mäuse schlecht besiedelt und wurden mit niedrigeren Schleimhautniveaus induziert KC (der Maus Namen für humanes IL-8) und IL-6 [34] verbunden. Im Gegensatz zu diesen Ergebnissen in einer anderen aktuellen Studie alpA
und AlPb
Gen-Mutanten von H. pylori
SS1 induziert schwerer Entzündung als der Elternstamm in infizierten gerbils [33].
OIPA
OIPA (äußere Entzündungsprotein A), das durch das Gen
HOPh codiert, wurde ursprünglich als ein Oberflächenprotein identifiziert, die IL-8-Produktion in einem T4SS unabhängig [35] gefördert. OIPA Expression von H. pylori
war signifikant mit dem Vorliegen von Zwölffingerdarmgeschwüren und Magenkrebs, hohe H. pylori
Dichte und schwere Neutrophilen-Infiltration [36] zugeordnet gezeigt werden. Spätere Studien festgestellt, dass HOPh
Knockout-Mutante deutlich weniger an Magenkrebs-Zelllinien, AGS und Kato-III, als Wildtyp-Stämme eingehalten Stämme und Komplementierung der HOPh
Gen die Hafteigenschaften des HOPh restauriert
mutant [37]. Die Anwesenheit von OIPA
hat auch klar gezeigt, wurde die Produktion von IL-8 zu verbessern, in vitro
aber nur in Gegenwart des cag
PAI [32]. Weitere Erkenntnisse kamen aus Infektionsstudien für bis zu 52 Wochen in der mongolischen Wüstenrennmaus Modellsystem. Alle infizierten gerbils entwickelt Gastritis; jedoch wurde die Entzündung deutlich in infizierten Tieren mit dem ΔcagA
abgeschwächt, aber nicht die einzige ΔvacA oder in ΔoipA
Stämme [38]. Jedoch Inaktivierung von OIPA
verringert Kernlokalisation von β-Catenin, ein Faktor in Transkriptionsheraufregulation von Genen in der Karzinogenese beteiligt beteiligt sind, und verringert das Auftreten von Krebs in der Gerbils. OIPA Ausdruck war signifikant häufiger bei H. pylori
Stämme isoliert von menschlichen Patienten mit Magenkrebs Vorläuferläsionen im Vergleich zu Personen mit Gastritis allein [38] nachgewiesen. Der Host-Rezeptor für OIPA bleibt jedoch unbekannt.
HopZ
Die hopZ
Gen kodiert für ein Protein, das durch Immunofluoreszenz gezeigt wurde auf der Oberfläche der Bakterien befinden. Ein Knockout-Mutantenstamm deutlich zeigte, reduziert auf die AGS-Zelllinie bindet, im Vergleich zu dem entsprechenden Wildtyp-Stamm [39]. Der Mangel an Produktion von HopZ nicht die Fähigkeit des Bakteriums beeinflussen die Mägen von Meerschweinchen [40] zu kolonisieren. eine Rolle für HopZ in Besiedelung in vivo wurde jedoch
kürzlich als Löschung von hopZ vorgeschlagen
die Fähigkeit von H. pylori
in einer keimfreien transgenen Mausmodell der chronischen atrophischen Gastritis, um zu überleben reduziert [41 ]. Darüber hinaus identifiziert einer der wenigen Unterschiede in der H. pylori
von infizierten Probanden isolierten Stämmen, war ein OFF /ON-Schalter in der phasenvariablen hopZ
Gen was darauf hindeutet, stark in vivo
Auswahl für HopZ während der Kolonisation [42]. Ähnlich wie OIPA hat der Host-Rezeptor für HopZ noch nicht identifiziert worden und wird eine große anspruchsvolle Ziel für die zukünftige Forschung sein.
Rolle der cag
PAI bei der Zelladhäsion und T4SS Funktion
Zusammensetzung der H. pylori
T4SS Gerät
die T4SS im cag
PAI zu einer großen Gruppe von Trans Transporter gehört, die ancestrally verwandt sind DNA-Konjugation Systeme von Gram-negativen Bakterien zu Plasmid und wurden in vielen pathogenen und nicht gefunden worden, pathogene Organismen [9, 43, 44]. Obwohl evolutionär konserviert ist, sind T4SSs funktionell heterogenes in Bezug sowohl auf die gelieferte Substrat (DNA-Protein-Komplexe oder Proteine) und den beteiligten Empfänger. Die Empfänger können entweder Bakterien der verschiedenen oder gleichen Art oder Arten aus anderen Königreiche einschließlich Pflanzen, Pilzen und Säugetierzellen. Neben H. pylori
haben T4SSs auch in Agrobacterium
, Legionellen
, Bartonella, Bordetella
und andere Krankheitserreger, und bestehen typischerweise aus einem unterschiedlichen Satz von Virb /D-Proteine ​​gefunden worden. Zu letzteren gehören die virB1-VirB11 Komponenten und den sogenannten Kopplungsfaktor, die NTPase VirD4. Die Agrobacterium-T-DNA-System ist der Prototyp eines T4SS Transporter und seine Virb Proteine ​​wurden in drei Gruppen eingeteilt: (i) die putative Kern oder Kanal-Untereinheiten (VirB6-10), (ii) die energetischen Komponenten (die NTPasen VirB4 und VirB11) und (iii) die Pilus-assoziierten Proteine ​​(VirB2 und möglicherweise VirB3 und VirB5). VirB1 ist eine vorgeschlagene Transglykosylase für begrenzte Lyse der Mureinschicht an der T4SS Montagestelle in der Membran [45, 46]. Im Falle der H. pylori
T4SS alle Orthologe der 11 Virb Proteine ​​und VirD4 sowie einige Hilfsfaktoren wurden identifiziert durch die cag
PAI [10, 47, 48] codiert werden. Mutagenesis aller einzelnen cag
PAI Gene ergab mindestens 14 wesentlich und zwei Zubehörteile, während einige andere Gene, die für die Injektion CagA nicht erforderlich sind [9, 49, 50]. Die Funktion vieler Zubehör T4SS Faktoren ist noch nicht klar, die Rolle der CagF und CAGD wurde jedoch kürzlich aufgeklärt. CAGD erscheint als potentielles multifunktionalen Komponente des T4SS zu dienen, die in CagA Injektion an der inneren Membran beteiligt sein können und außerhalb der Bakterien lokalisieren können andere Reaktionen in Wirtszellen zu fördern [51]. Zusätzlich ist CagF ein Chaperon-artiges Protein für CagA, die dem Carboxy-terminalen Sekretion Motiv des Effektor-Protein Nähe bindet, das für seine Translokation durch die T4SS wichtig [52, 53]. Weitere Studien unter Verwendung von Hefe-Zwei-Hybrid-Technologie, Fraktionierung und Immunfällungsansätze selektive Wechselwirkungen zahlreicher cag identifiziert
PAI-Proteine, die eine wichtige Rolle bei der frühen T4SS Montageschritte geeignet sind [50, 54].
Kristallstruktur der T4SS Kernkomplex und mehrere cag
PAI-Proteine ​​einen wichtigen Beitrag zu unserem gegenwärtigen Wissen über T4SS nanomachineries in Bakterien
kamen aus Auflösung von Kristallstrukturen des T4SS-Kern aus dem Plasmid pKM101 [45, 55]. Drei Proteine ​​(VirB7, VirB9 und VirB10) montieren zu einer ~ 1 Megadalton Struktur überspannt die inneren und äußeren Membranen. Diese Kernstruktur besteht aus 14 Kopien von jedem der Proteine ​​und bildet zwei Schichten, in der inneren und der äußeren Membran Einsetzen bzw. [45]. Die Kristallstruktur eines ~ 0,6 Megadalton Außenmembrankomplex die gesamte O-Schicht enthält, wurde bei höherer Auflösung [55] gelöst werden. Vergleich der Strukturen weist auf Konformationsänderungen Regulieren T4SS Kanal Öffnen und Schließen, das in den Transport von Effektormolekülen beteiligt sein könnten [45, 55]. Zusätzlich zu diesen wichtigen Erkenntnissen haben die Kristallstrukturen von vier einzelnen Struktur cag
PAI Proteine ​​berichtet. Die Struktur der VirB11 ergab einen hexameren Ring mit dem Regulationsprotein HP1451 komplexiert, die als Gating-Faktor in der inneren Membran fungiert, um durch die geschlossene und offene Konformationen vorgeschlagen, wie sie ausgelöst durch ATP-Bindung und ATP-Hydrolyse bzw. [56-58 ]. Die Kristallstrukturen von AGF, ein 23-kDa-Protein durch eine gut erhaltene cag codiert
PAI Gen, dessen genaue Funktion bleibt schwer zu fassen, und CagZ, ein 23-kDa-Protein in der Translokation von CagA beteiligt sind, haben auch [59 gelöst , 60]. Darüber hinaus zeigte die strukturelle Charakterisierung von CAGD, dass es als kovalentes Dimer existiert, in dem jedes Monomer als einzelne Domäne faltet, die aus drei α-Helices und fünf β-Stränge [51] zusammengesetzt ist. Zusätzlich hat die Struktur CAGL wurde auf der Kristallstruktur modelliert basierend erhältlich von TRAC von pKM101, anderen VirB5 Ortholog [47]. CAGL scheint mit einer exponierten Domäne ein drei α-Helix-Bündelstruktur zu bilden, die in Übereinstimmung mit seinen veröffentlichten Circulardichroismus (CD) Spektrum ist, das zeigte, ~ 65% helikale Sequenzen [61].
Schließlich ist die 2.2 Å Kristall Struktur eines Carboxy-terminalen Teil von CagA im Komplex mit einem seiner zellulären Ziele wurde die humane Kinase Par1b /MARK2, die vor kurzem gelöst [62]. Die CagA Peptid interagiert mit der Kinase als verlängerte Spule. Die sichtbare 14-Aminosäure-Peptid-Sequenz überspannt die "FPLKRHDKVDDLSK" -Motiv, eine Sequenz zweimal im kristallisierten CagA Konstrukt auftreten. Dieses Peptid wurde CagA MKI genannt (für MARK2-Kinase-Inhibitor) in Analogie zu PKI, eine gut beschriebene Peptid-Inhibitor von Interessanter kinase A. Protein, der Art und Weise, in der die Sequenz von MKI CagA bindet in der Substratbindungsspalte Par1b /MARK2 ist von der Art und Weise, durch die erinnernd an PKI bindet und hemmt PKA. Zusammengenommen ergab die erste CagA Unterbau, dass es Wirtszelle Kinasesubstrate, mit einem kurzen MKI Peptid ahmt auf das Substrat-Bindungsstelle von Par1b /MARK2 [62] zu befestigen. Jedoch injiziert CagA interagiert auch mit vielen anderen Wirtszellproteinen, involviert in mehrere Signalkaskaden (1A), die an anderer Stelle diskutiert werden [7, 8].
Struktur der T4SS Vorrichtung in lebenden H. pylori

Elektronenmikrokopie von H. pylori infiziert
dass die Montage des T4SS gezeigt hat nach Wirtszelle Kontakt induziert und stellt eine nadelartige Struktur von der bakteriellen äußeren Membran erstreckt, auch T4SS-pili [61, 63, 64 genannt ]. Diese Pili vorgeschlagen von CAGC bestehen, die als Haupt VirB2 Pilin-Untereinheit Ortholog identifiziert wurde [65], aber eine direkte Markierung der Pili mit α-VirB2 Antikörpern wurde noch nicht nachgewiesen. Studien Antikörper-Markierung mit Immungold haben gezeigt, dass die Bakterien Vorsprünge verziert sind durch VirB10 (cagy) [64] und VirB5 (CAGL) [61]. Cagy Proteine ​​sind etwa 250 kDa groß und kann während der Kolonisation von einem bestimmten Host enorm in der Größe zwischen Stämmen und Änderungen der Größe unterscheiden. In-Frame-Deletionen oder Verdoppelungen Umlagerungen in VirB10 kann zu einer verminderten Wirts Antikörper-Erkennung führen, welche Immunevasion erlauben kann [66]. Die T4SS-Nadelbasis kann mit Antikörpern gegen VirB7 (CAGT) und VirB9 (CagW) Proteine ​​[63, 64] gefärbt werden. Zusätzlich zeigte Immunfärbung das Vorhandensein von CagA an der Spitze der Anhängsel, den ersten direkten Beweis dafür, vorausgesetzt, dass CagA kann in der Tat durch die Pilus geliefert werden, eine Beobachtung noch nicht für T4SS Substrate in anderen Bakterien berichtet [61]. Allerdings Transport von CagA durch die T4SS wird durch einen energieabhängigen Mechanismus, durch die konzertierte Aktion von NTPasen VirB4, VirB11 und VirD4 [46, 56, 67].
Es gibt zwei T4SS-Pilus Baugruppenmodelle vorgeschlagen angeregt auftreten vorgeschlagen für H. pylori
. Wie oben dargelegt, wurden alle Orthologe der 11 Virb Proteine ​​und VirD4 identifiziert im cag codiert werden
PAI sowie einige akzessorischen Proteine ​​[10] zu einem T4SS Modell führt ähnlich dem von Agrobacterium T4SS (Abbildung 1B, links). Im Einklang mit diesen Schlussfolgerungen angegeben Immunogoldmarkierung-Markierungsstudien, dass die Spitzen der T4SS pilus mit CAGL /VirB5 eingerichtet sind [61], die eine ähnliche Verteilung von VirB5 Orthologe auf dem T4SS pilus in Agrobacterium
ausgestellt [68]. In einem zweiten Modell (1B, rechts), wurde vorgeschlagen, daß die Ansätze in H. pylori
lokal oder vollständig durch cagy [64] und der T4SS umfasst alle Virb Komponenten, mit Ausnahme VirB5 [50] bedeckt. Bemerkenswerterweise ist cagy ein sehr großes Protein zwei Trans Segmente mit dem mittleren Bereich enthält, ausgesetzt an die extrazelluläre Seite wie eine haarnadelartige Struktur [64] (auch die Wiederholungsdomäne genannt). Wie oben beschrieben, bildet VirB10 den inneren Kern in einem gemeinsamen T4SS Modell [45, 55], aber H. pylori
cagy /VirB10 unterscheidet sich deutlich von ihren Gegenstücken in anderen T4SSs [69]. Daher sind weitere Untersuchungen notwendig, zu untersuchen, ob die T4SS pilus in H. pylori
mehr ähnlich ist, die in Agrobacterium
(hauptsächlich aus VirB2 und VirB5 Untereinheiten) oder wenn es aus-up von cagy als Haupt pilus Protein, oder wenn es eine Mischung aus beidem (1B). die Funktion des T4SS
abhängig von der verwendeten Zellsystem
Obwohl H. pylori
ein Magen-specific pathogen ist Studien an Menschen, Infektion in vitro
haben gezeigt, dass CagA in viele verschiedene Zelltypen eingespritzt werden kann. Eine Zusammenfassung der menschlichen Zelltypen mit berichtet Anfälligkeit für die Aufnahme von T4SS Auslieferungs CagA in vitro
in Tabelle 2. Der wesentliche Kriterium für erfolgreiche Translokation in einer gegebenen Zelllinie gezeigt ist, dass CagA Tyrosinphosphorylierung (CagA erfährt PY) durch den Host-Kinasen der Src-Familie und Abl [70-73], die üblicherweise in Zelllysaten oder immunoprecipiates (IPs) unter Verwendung von monoklonalen Phosphotyrosin-spezifischen Antikörpern (Tabelle 2) überwacht wird. verschiedene Studien festgestellt signifikante zelltypspezifische Unterschiede in CagA PY Niveaus während der Infektion von humanen Zellinien Interessanterweise. Außerdem injiziert CagA PY wurde für einige Zelltypen aus Mäusen und Affen (Tabelle 3) berichtet, während ausgewählte andere Zelllinien von Mensch, Hamster oder Hund schien für den Nachweis von CagA resistent sein PY (Tabelle 4 ). Als Kontrollen wurden in vitro Phosphorylierung
Experimente CagA mit verschiedenen Zelllysaten gezeigt, dass die Kinasen sind aktiv und stark phosphoryliert CagA [74]. So führte die Veränderung der CagA PY Spiegel während der Infektion offenbar aus verschiedenen Ebenen der CagA-Translokation [74, 75]. Es gibt mehrere Szenarien, die die beobachteten Wirtszellspezifität erklären kann. Eine mögliche Erklärung ist, dass bestimmte Wirtszellfaktoren könnten erforderlich sein, um die T4SS zu aktivieren. Diese Aktivierung kann auf der Ebene der Proteinexpression zu betreiben. Zum Beispiel ist dies der Fall für den Typ-III-Sekretionssystem Gerät in Yersinia
Spezies [76]. Jedoch CagA ist eine der am häufigsten vorkommenden Proteine ​​im Proteom von H. pylori
auch in Abwesenheit von Wirtszell Kontakt [77] anzeigt, dass die Translokation drückt wird, anstatt eine CagA Expression Wirkung. Denn trotz seiner reichlich vorhandenen Präsenz wird CagA nicht in den Überstand ausgeschieden [78]. Dies stellt eine clevere ressourcenschonende Strategie erinnert an Shigella
Spezies, wo Effektor-Proteine ​​in dem bakteriellen Zytoplasma gespeichert werden, bevor Wirtszellen in Kontakt. Im letzteren Fall wird die Translokation durch eine Vielzahl von Faktoren ab, wie beispielsweise extrazelluläre Matrixproteine, Gallensalze oder Kongorot [79] ausgelöst. Es wurde daher vorgeschlagen, daß die H. pylori
T4SS könnte in ähnlicher Weise durch spezifische Faktoren auf der Oberfläche von spezifischen Zielzellen [61] .Tabelle 2 angegeben Phosphorylierung /Injektion von CagA in menschlichen Zell Linesa
ausgesetzt aktivierbar Zelllinie
Herkunft
H.

• Eine neue Erkenntnis von Sentinel-Lymphknoten-Konzept basiert auf 1-3 positiven Lymphknoten bei Patienten mit PT1-2 Magenkrebs
• Vorhandensein und die Bedeutung von Helicobacter spp. in der Magenschleimhaut von portugiesischen Hunden