分子間潜伏は、IX型分泌系に必須のC末端シグナルペプチダーゼとソルターゼを制御している

Intermolecular latency regulates the essential C-terminal signal peptidase and sortase of the type-IX secretion system.

抄録

は、重篤な歯周炎を引き起こすヒト口腔内細菌叢の主要な病原体である。IX型分泌システム（T9SS）を用いて外膜（OM）を介してタンパク質をシャトル輸送し、病原性を発揮する。ユニークなことに、T9SSのカーゴは分泌シグナルとしてC末端ドメイン（CTD）を持ち、このCTDはOMへの細胞外固定化のためにトランスペプチド化によって切断され、陰イオン性リポ多糖に置換される。この2つの反応は、C末端シグナルペプチダーゼとソルターゼの2つの機能を持つ唯一の酵素として知られるPorUによって行われる。PorU自身はT9SSから分泌されるが、そのCTDは除去されず、無傷のPorUがPorQ、PorV、PorZと結合し、OMに挿入された "attachment complex "となる。今回我々は、PorUが活性型単量体と潜在型二量体の間を行き来することを明らかにし、約260kDaの二量体の結晶構造を解明した。PorUは長さ約130Åの細長い形をしており、7つのドメインから構成されている。最初の3つのドメインは、基質との結合に関与していると思われるN-末端クラスターを形成している。その後にジンジパイン型触媒ドメイン（CD）、2つの免疫グロブリン様ドメイン（IGL）、CTDが続く。最初のIGLでは、長い「潜伏βヘアピン」が表面から約30Å突出し、潜伏コンフォメーションにある対称CDからβストランドと分子間βバレルを形成している。コンピテントCDのホモロジーモデリングと変異株のコホートによるin vivoでの検証の結果、PorUはC/H触媒ダイアドを介して輸送され、単量体として機能することが明らかになった。従って、二量体化は、PorUが付着複合体に結合するまでの間、時期尚早な活性化を防ぐための分子間調節機構である。

is a keystone pathogen of the human dysbiotic oral microbiome that causes severe periodontitis. It employs a type-IX secretion system (T9SS) to shuttle proteins across the outer membrane (OM) for virulence. Uniquely, T9SS cargoes carry a C-terminal domain (CTD) as a secretion signal, which is cleaved and replaced with anionic lipopolysaccharide by transpeptidation for extracellular anchorage to the OM. Both reactions are carried out by PorU, the only known dual-function, C-terminal signal peptidase and sortase. PorU is itself secreted by the T9SS, but its CTD is not removed; instead, intact PorU combines with PorQ, PorV, and PorZ in the OM-inserted "attachment complex." Herein, we revealed that PorU transits between active monomers and latent dimers and solved the crystal structure of the ∼260-kDa dimer. PorU has an elongated shape ∼130 Å in length and consists of seven domains. The first three form an intertwined N-terminal cluster likely engaged in substrate binding. They are followed by a gingipain-type catalytic domain (CD), two immunoglobulin-like domains (IGL), and the CTD. In the first IGL, a long "latency β-hairpin" protrudes ∼30 Å from the surface to form an intermolecular β-barrel with β-strands from the symmetric CD, which is in a latent conformation. Homology modeling of the competent CD followed by in vivo validation through a cohort of mutant strains revealed that PorU is transported and functions as a monomer through a C/H catalytic dyad. Thus, dimerization is an intermolecular mechanism for PorU regulation to prevent untimely activity until joining the attachment complex.