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[转载]细胞壁蛋白

已有 2034 次阅读 2021-1-18 12:14 |个人分类:医学知识|系统分类:科研笔记|文章来源:转载

细胞壁蛋白

细胞壁附着的不同方式,在细胞质中合成后,5-10%的细菌蛋白质释放到细胞质膜外。在革兰氏阳性细菌中,这些蛋白质大多由普遍保守的必需Sec途径分泌。这一途径在大肠杆菌中得到了广泛的研究,基因组分析表明,包括乳酸菌在内的其他细菌中也存在同源物。几乎所有被这种分泌途径靶向的蛋白质都有一个由大约30个氨基酸组成的N-末端信号肽。一旦蛋白质在细胞质膜上转移,这个信号肽就会被相应的信号肽酶切断。然后,蛋白质被释放到细胞外培养基中,或者,如果它包含一个特定的序列,确保它附着到细胞质膜或细胞壁的组成部分,除了信号肽,它被保留在细胞膜中。在实验室中,表面相关蛋白占预测分泌蛋白的80%左右。分泌的蛋白质可通过sor磷壁酸e介导的反应共价连接到细胞表面,或通过i)跨膜锚定;ii)脂质锚定;或iii)不同的细胞壁结合域(CWBD)非共价连接。

细胞壁蛋白在细菌与宿主相互作用中起作用。益生菌或共生细菌的表面蛋白被认为有助于粘膜定植和在胃肠道的持久性;它们也可能通过介导与肠粘膜的直接接触而有利于与免疫细胞的相互作用。菌毛附属物和粘液结合蛋白在某些实验室菌株中作为表面决定因素的作用已经得到强调:它们允许细菌粘附在肠上皮细胞或粘液上。值得注意的是,鼠李糖乳杆菌GG中鉴定的菌毛具有粘附肠上皮细胞(Caco-2)和人类肠源性粘液的能力;它们还促进生物膜的形成。此外,乳酸杆菌天然分离物合成的菌毛允许菌株粘附到肠上皮细胞(Caco-2)。两种类型的表面决定因素——菌毛和粘液结合蛋白——也被证明在细菌粘附到模型粘液中起作用,粘液结合蛋白在剪切流条件下发挥更大的作用。此外,鼠李糖乳杆菌GG菌毛参与减少其他细胞表面成分引起的IL8 mRNA表达,如肠上皮细胞中的脂磷壁酸。益生菌菌株的其他细胞壁相关或分泌蛋白也被证明参与调节宿主免疫系统的反应。在嗜酸乳杆菌NCFM中,发现S层蛋白A(SlpA)是一种由表面凝集素受体DC-SIGN识别的配体,在功能上参与DC的调节[188]。细菌附着在树突状细胞上可刺激未成熟树突状细胞,调节T细胞功能。此外,p40和p75这两种蛋白证明了肽聚糖H活性,并由鼠李糖乳杆菌分泌,可防止细胞因子诱导的IECs凋亡,其抗炎特性可归因于p40的N-末端的作用。

疫苗开发应用

从应用的角度来看,乳酸菌由于其GRAS状态,被认为是向胃肠道粘膜输送治疗性蛋白质或抗原的方便载体。在另一种避免使用转基因细菌的载体创建方法中,感兴趣的蛋白质可以与细胞壁蛋白质中发现的CWBDs融合,然后锚定在乳酸菌的表面。在开发口服疫苗时,LysM和SLH结构域与细菌细胞壁结合的能力已被用来在乳酸菌表面显示蛋白质抗原。

在过去的二十年里,人们对实验室细胞壁的结构和功能的认识取得了显著的进展。细胞壁组分已从几个实验室物种中纯化,这使我们能够阐明细胞壁的精细结构以及种间和种内的变异。同时,参与细胞壁生物合成、修饰和降解途径的基因已经被鉴定出来,这使得可以构建突变体,用于研究这些基因在细菌生理学中的作用;所获得的结果也可以为实验室的技术和健康应用提供参考在研究控制肽聚糖H活性和细菌自溶的分子机制、细胞壁蛋白在细菌表面的锚定、噬菌体在靶菌表面的吸附以及益生菌与宿主细胞之间的相互作用等方面取得了进展。这些结果强调了进一步研究实验室细胞壁结构和功能的重要性,从而拓展了新的研究方向。

新的结构修饰的肽聚糖已被确定,以及涉及的基因。然而,这些修饰在细菌生理学中的作用,它们在细胞壁上的分布,以及它们对细菌与宿主相互作用的影响还有待详细研究。此外,负责肽聚糖修饰的酶,如O-乙酰转移酶OatA,可能与参与细胞分裂的其他蛋白质协同工作,这些蛋白质有待鉴定。

肽聚糖Hs的O-糖基化已在实验室报道,并已被发现调节植物乳杆菌主要自溶素Acm2的肽聚糖水解活性。这类修饰的功能需要在其他实验室物种中进一步研究,并应描述其在细菌-宿主相互作用中的作用。

在装饰肽聚糖球囊的次生细胞壁聚合物中有壁磷壁酸。然而,壁多糖也是存在的,它们对于细菌细胞的正确分离和分裂是必不可少的,这表明它们可能在维持细胞壁结构和完整性方面起着关键作用。尽管如此,它们的确切功能还没有被破解。下一步的工作应该是鉴定肽聚糖上的两个壁多糖结合位点以及参与产生共价键的酶。壁多糖的全部活性以及这些分子对细胞壁蛋白质定位的控制也需要进一步的研究。

不同的聚合物在细胞壁内的排列在很大程度上仍然是未知的。原子力显微镜已经被证明是一种在纳米尺度上探索细菌表面结构的强有力的技术。一些实验室(包括乳杆菌、植物乳杆菌和鼠李糖乳杆菌)表面的地形成像提供了活细胞上存在的细菌细胞表面结构(如肽聚糖、磷壁酸、多糖和菌毛)的非常高分辨率图像,所有这些都不会引起变性。此外,单分子力谱可以用来研究这种结构的空间分布和分子弹性。

细菌种类和菌株之间存在于细胞壁成分中的结构多样性可能是菌株依赖性差异的基础,例如自溶过程和特性,例如抗应激性、益生菌特性或噬菌体敏感性;因此,这种多样性值得进一步研究。例如,更好地了解乳酸乳杆菌壁多糖的种间结构变化,结合噬菌体受体结合蛋白多糖的3D结构特征,研究人员应该能够解开受体结合蛋白多糖和壁多糖受体之间发生的分子相互作用。从应用的角度来看,对噬菌体在宿主菌上吸附的分子机制有更深入的了解,有助于我们设计实用的抗噬菌体感染的策略。

第一系列的成功源于对益生菌和宿主细胞之间相互作用的细胞壁决定因素的表征。下一步是确定参与细胞壁成分识别的宿主细胞受体和产生这些受体的信号转导途径。第一系列的成功源于对益生菌和宿主细胞之间相互作用的细胞壁决定因素的表征。下一步是确定参与细胞壁成分识别的宿主细胞受体和导致细胞应答的信号转导途径。在益生菌中发现的活性化合物的鉴定可能导致疾病治疗策略的发展,例如炎症性肠病。




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