チフス毒素分泌関連ムラミダーゼによる基質認識機構の解明

Mechanisms of substrate recognition by a typhoid toxin secretion-associated muramidase.

• Tobias Geiger
• Maria Lara-Tejero
• Yong Xiong
• Jorge E Galán

抄録

腸チフス毒素は、ヒトの腸チフス熱の原因となる細菌性病原体Typhiの病原性因子であり、細胞内細菌によって合成された後、TtsAに厳密に依存した特異的なムラミダーゼの分泌機構により、-含有液胞内に分泌される。腸チフス毒素は、細胞内細菌によって合成された後、TtsAという特異的なムラミダーゼに厳密に依存した分泌機構により、細胞内腔に分泌され、ペプチドグリカン層を介した毒素輸送を促進する。ここでは、TtsAによる基質認識は、TtsAのカルボキシ末端にあるドメインに依存しており、このドメインがYcbB編集ペプチドグリカンを認識するために酵素を細菌の極へと誘導していることを示した。基質に結合したTtsAの原子構造と、特異性の異なる近縁の同族体の原子構造を比較した結果、基質認識に関わる特異的な決定因子が同定された。本研究は、構造誘導型突然変異誘発実験、in vitroおよびin vivoでの架橋実験を組み合わせることで、ムラミダーゼがペプチドグリカン基質を認識してタンパク質の分泌を促進するメカニズムを、これまでにない形で解明することができた。

Typhoid toxin is a virulence factor for the bacterial pathogen Typhi, which causes typhoid fever in humans. After its synthesis by intracellular bacteria, typhoid toxin is secreted into the lumen of the -containing vacuole by a secretion mechanism strictly dependent on TtsA, a specific muramidase that facilitates toxin transport through the peptidoglycan layer. Here we show that substrate recognition by TtsA depends on a discrete domain within its carboxy terminus, which targets the enzyme to the bacterial poles to recognize YcbB-edited peptidoglycan. Comparison of the atomic structures of TtsA bound to its substrate and that of a close homolog with different specificity identified specific determinants involved in substrate recognition. Combined with structure-guided mutagenesis and in vitro and in vivo crosslinking experiments, this study provides an unprecedented view of the mechanisms by which a muramidase recognizes its peptidoglycan substrate to facilitate protein secretion.

© 2020, Geiger et al.