2017-02-27
十四世紀(jì)四五十年代，對于歐洲來說，是一個(gè)極為悲慘的時(shí)刻。從1347至1353年，席卷整個(gè)歐羅巴的被稱之為“黑死病”的鼠疫大瘟疫，奪走了2500萬歐洲人的性命，占當(dāng)時(shí)歐洲總?cè)丝诘?/3！這場瘟疫在很多文獻(xiàn)中被記作“黑死病”。在歷史中對黑死病特征記錄，有一些是關(guān)于淋巴腺腫的描述，與19世紀(jì)發(fā)生于亞洲的淋巴腺鼠疫相似，這就使得一些科學(xué)家與歷史學(xué)家推測自14世紀(jì)開始的黑死病與鼠疫相同，都是由一種被稱為鼠疫桿菌的細(xì)菌所造成的。研究發(fā)現(xiàn)鼠疫桿菌的致病機(jī)理有一部分是由細(xì)菌III型分泌系統(tǒng)（T3SS）引起的。
今天小編就帶大家一起對T3SS展開大揭秘，探索它的結(jié)構(gòu)與功能。我們主要從T3SS的起源進(jìn)化、T3SS結(jié)構(gòu)特征、細(xì)菌III型分泌系統(tǒng)的分泌機(jī)制以及輸出機(jī)制四個(gè)方面來闡述。
許多病原體利用復(fù)雜的納米機(jī)器提供的細(xì)菌效應(yīng)蛋白進(jìn)入真核靶細(xì)胞，這些效應(yīng)蛋白對病原體的益處是可調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能，其中一種蛋白輸送機(jī)制就是III型分泌系統(tǒng)（T3SS）。T3SS廣泛存在于動(dòng)植物致病菌或共生中，分泌的蛋白直接轉(zhuǎn)運(yùn)入宿主細(xì)胞內(nèi)，從而抑制特定的免疫反應(yīng)。
(1) T3SS的起源進(jìn)化
III型分泌系統(tǒng)裝置由大約20多種不同的蛋白組成，其中約一半的蛋白在III型分泌系統(tǒng)中都是保守的。這些保守的蛋白與細(xì)菌鞭毛基體部分的蛋白序列相似，這表明細(xì)菌鞭毛和T3SS可能具有共同進(jìn)化的歷史。最近的系統(tǒng)進(jìn)化分析也支持T3SS是鞭毛裝置的進(jìn)化擴(kuò)展適應(yīng)這一概念，主要有2個(gè)證據(jù)：（1）T3SS的后代存在于粘球菌中，雖然它不再有運(yùn)動(dòng)的功能，但仍然可分泌蛋白；（2）隨著分泌素的聚集，可能發(fā)生了不止一次，外膜蛋白的家族參與了噬菌體的釋放以及蛋白的分泌。
（2）T3SS的結(jié)構(gòu)特征
各種病原菌的T3SS在電子顯微鏡下觀察都很相似，其結(jié)構(gòu)很像注射器，稱之為針狀復(fù)合物。其結(jié)構(gòu)的核心是由一個(gè)多環(huán)型基座和一個(gè)針頭狀突起組成，基座中貫穿有圓柱形的連接針頭和基座的桿，基地座是由外環(huán)和內(nèi)環(huán)相連。
T3SS基底部把針定位于細(xì)菌的胞漿膜，PrgK，和InvG組裝成了沙門氏菌內(nèi)膜和外膜的環(huán)形結(jié)構(gòu)。沙門氏菌中，IM環(huán)由PrgH，PrgK組成，它們組裝成兩個(gè)同心環(huán)。其中PrgK形成較小的環(huán)，而PrgH形成較大的外環(huán)。基底部的結(jié)構(gòu)域?qū)τ诘孜锏姆置谑欠浅Ｖ匾摹Ｔ卺樀淖钸h(yuǎn)端存在一個(gè)頂部復(fù)合物，其可以感受宿主細(xì)胞信號，從而引發(fā)轉(zhuǎn)位子組裝以及效應(yīng)蛋白的分泌。根據(jù)其結(jié)構(gòu)和特性，針的頂部可以分為兩類，一類是沙門氏菌的SipD，志賀氏菌的IpaD和伯克氏菌BipD；另一類是耶爾森氏菌LcrV和綠膿桿菌PcrV。SipD、IpaD、BipD蛋白結(jié)構(gòu)包含8個(gè)螺旋和5個(gè)折疊。從而形成了3個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域，N端螺旋發(fā)卡，中央的卷曲和C端的折疊／螺旋混合體。
（3）細(xì)菌III型分泌系統(tǒng)的分泌機(jī)制
細(xì)菌的III型分泌系統(tǒng)是一步性分泌，是sec不依賴型的。所分泌的效應(yīng)蛋白不在胞漿中間停留，也不被切割，直接從胞質(zhì)輸送到細(xì)胞表面。III型分泌系統(tǒng)可釋放幾種效應(yīng)蛋白，刺激宿主細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，導(dǎo)致一系列的細(xì)胞效應(yīng)。III型分泌系統(tǒng)分泌蛋白的分泌信號不依賴于其它途徑。例如mRNA 5’端、分泌蛋白的N端、分泌前分泌蛋白與相應(yīng)的伴侶分子結(jié)合等情況。其中與伴侶分子結(jié)合則是確保分泌前的穩(wěn)定性和有效分泌的主要環(huán)節(jié)。此外，該系統(tǒng)通常在細(xì)菌與宿主細(xì)胞接觸之后啟動(dòng)，并且分泌產(chǎn)物能夠注入細(xì)胞，從而影響宿主細(xì)胞的信號活動(dòng)，以利于細(xì)菌的入侵。
（4）細(xì)菌III型分泌系統(tǒng)的輸出機(jī)制
隨著科學(xué)的發(fā)展，越來越多的證據(jù)表明T3SS分泌系統(tǒng)的底物輸出機(jī)制與鞭毛相似但也存在差異。質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力PMF(protonmotive force)對于分泌機(jī)器是必須的，但不是唯一的。T3SS的底物輸出機(jī)制如下：首先，ATPase是重要的分泌機(jī)器之一，具有水解ATP的能力；其次，ATPase通過識別伴侶．效應(yīng)蛋白復(fù)合物并解離伴侶蛋白，從而使效應(yīng)蛋白去折疊，效應(yīng)蛋白通過孔道；ATP的水解驅(qū)動(dòng)了這一過程，隨后PMF進(jìn)一步推進(jìn)了蛋白的輸出。
雖然關(guān)于細(xì)菌III型分泌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已經(jīng)研究報(bào)道的很多，但是關(guān)于一些蛋白晶體的結(jié)構(gòu)在電子顯微鏡下仍然無法觀察到，這對未來的研究提出了挑戰(zhàn)和激勵(lì)。路漫漫其修遠(yuǎn)兮，未來的研究還等著各位去探索。
