ブドウ球菌バイオフィルムタンパク質Aapは、アミロイド生成の前に必要な中間体として四量体を形成する

The staphylococcal biofilm protein Aap forms a tetrameric species as a necessary intermediate before amyloidogenesis.

• Alexander E Yarawsky
• Andrew B Herr

抄録

蓄積関連タンパク質（Aap）は、ラットのカテーテルモデルを用いて感染の重要な因子であることが明らかになったバイオフィルム関連タンパク質です。AapのB-repeatスーパードメインは、5～17個のB-repeatから構成され、それぞれがZn結合G5とスペーサーサブドメインを含み、バイオフィルム形成時の細菌の蓄積につながるZn依存性のアセンブリに関与しています。我々は以前、最小のB-リピート構築物（Brpt1.5）は、2-3 Znイオンの存在下で反平行二量体を形成することを実証した。さらに最近、我々は、バイオフィルム内にAapからなる機能的なアミロイド様フィブリルの存在を報告し、5回半のBリピートを含む生物学的に関連するコンストラクト（Brpt5.5）が、バイオフィルム内で観察されたものと同様のアミロイド様フィブリルを形成することを実証してきた。本研究では、Brpt5.5構造体の初期アセンブリイベントを解析した。解析的超遠心分離法を用いて、可逆的に結合する種の流体力学的パラメータを決定し、連結平衡研究を行った。連鎖研究は、より小さな構造に似たZn誘導二量化のメカニズムを示したが、Brpt5.5の二量体は、その後、以前に不明な四量体にさらにZn誘導アセンブリを受ける可能性があります。これは、二量体界面の外側にある潜在的なZn結合部位を探索することにつながった。その結果、四量体を形成することができず、同時にアミロイド生成ができないBrpt5.5変異体を開発した。四量体の構造変化がアミロイド生成に先行する重要なステップであることが、円二色性と動的光散乱の結果から明らかになった。このようなB-repeatアセンブリとアミロイド生成のメカニズムモデルは、ブドウ球菌バイオフィルムの治療標的化の可能性に新たな道筋を提供するものである。

The accumulation-associated protein (Aap) from is a biofilm-related protein that was found to be a critical factor for infection using a rat catheter model. The B-repeat superdomain of Aap, composed of 5 to 17 B-repeats, each containing a Zn-binding G5 and a spacer sub-domain, is responsible for Zn-dependent assembly leading to accumulation of bacteria during biofilm formation. We previously demonstrated that a minimal B-repeat construct (Brpt1.5) forms an antiparallel dimer in the presence of 2-3 Zn ions. More recently, we have reported the presence of functional amyloid-like fibrils composed of Aap within biofilms and demonstrated that a biologically relevant construct containing five and a half B-repeats (Brpt5.5) forms amyloid-like fibrils similar to those observed in the biofilm. In this study, we analyze the initial assembly events of the Brpt5.5 construct. Analytical ultracentrifugation was utilized to determine hydrodynamic parameters of reversibly associating species and to perform linked equilibrium studies. Linkage studies indicated a mechanism of Zn-induced dimerization similar to smaller constructs; however, Brpt5.5 dimers could then undergo further Zn-induced assembly into a previously uncharacterized tetramer. This led us to search for potential Zn binding sites outside of the dimer interface. We developed a Brpt5.5 mutant that was unable to form the tetramer and was concordantly incapable of amyloidogenesis. Circular dichroism and dynamic light scattering indicate that a conformational transition in the tetramer species is a critical step preceding amyloidogenesis. This mechanistic model for B-repeat assembly and amyloidogenesis provides new avenues for potential therapeutic targeting of staphylococcal biofilms.

Published under license by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.