Characterizing the interaction of a type VII-secreted antimycobacterial toxin with its small helical partner proteins

In der mikroskopischen Welt der Bakterien existiert eine hochentwickelte Maschinerie, die dazu dient, Proteine durch die Zellwand zu bewegen – ein Prozess, der entscheidend dafür ist, wie diese Organismen mit ihrer Umgebung interagieren und sich selbst verteidigen. In bestimmten Bakterien, einschließlich jener, die beim Menschen Krankheiten verursachen, ist diese Maschinerie als das Typ-VII-Sekretionssystem bekannt. Es fungiert wie ein spezialisiertes Tor, das in die Membran eingebettet ist und es spezifischen Proteinen ermöglicht, die zähen äußeren Schichten der Zelle zu durchqueren. Unter den Proteinen, die durch dieses Tor reisen, befinden sich Toxine, welche andere Bakterien schädigen können, sowie deren Partner, die ihnen helfen, sicher zum Ausgang transportiert zu werden. Das Verständnis darüber, wie diese Teile zusammenpassen, ist entscheidend, da es die Mechanik des bakteriellen Überlebens und des Wettbewerbs offenlegt und Hinweise darauf gibt, wie diese mikroskopischen Gemeinschaften funktionieren und wie man sie stoppen könnte.

Forscher haben ihre Aufmerksamkeit kürzlich auf ein spezifisches Bakterium namens Mycobacterium abscessus gerichtet, das eine Version dieses Sekretionssystems nutzt, um ein Toxin namens EatA freizusetzen. Dieses Toxin ist darauf ausgelegt, die Zellwände anderer Bakterien anzugreifen, indem es gezielt eine zuckerhaltige Substanz namens Arabinogalactan angreift, die eine schützende Hülle um sie herum bildet. Bevor EatA jedoch ausgeschleust werden kann, muss es mit zwei kleineren Proteinen, TapA1 und TapA2, gepaart werden, die zu einer Familie von Proteinen gehören, die für ihre kompakten, helikalen Formen bekannt sind. Die Wissenschaftler wollten die physikalische Struktur dieses Trios verstehen und wie sie vor dem Transport aneinanderhaften. Um dies zu erreichen, erstellten sie ein Strukturmodell des Komplexes und testeten ihre Ideen, indem sie kleine, präzise Veränderungen an den Proteinen vornahmen, um zu sehen, wie sich diese Änderungen auf ihre Fähigkeit auswirken, zusammenzuhalten.

Die Untersuchung ergab, dass die drei Proteine ein enges, gestapeltes Bündel aus spiralförmigen Strängen bilden, eine Form, die es ihnen ermöglicht, sicher miteinander zu verzahnen. Diese Anordnung deutet auf ein stabiles Fundament für das Toxin hin, bevor es freigesetzt wird. Die Forscher nutzten zudem Computermodellierung, um vorherzusagen, wie diese Drei-Protein-Gruppe mit einem zweiten Proteinpaar, EsxT und EsxU, interagieren könnte, die ebenfalls Teil des Sekretionssystems sind und als notwendig für die Funktion der Maschine gelten. Während die Modelle eine Verbindung zwischen der ersten Gruppe und der zweiten nahelegten, konnte das Team im Labor nur eine teilweise Verbindung bestätigen. Es gelang ihnen zu zeigen, dass eines der kleinen Partnerproteine, TapA2, physisch mit EsxT interagieren kann, jedoch war es ihnen nicht möglich, einen vollständigen Komplex, der alle fünf Proteine gemeinsam enthält, zu isolieren oder zu reinigen. Dies bedeutet, dass die Teile in der Zelle zwar wahrscheinlich zusammenpassen, die vollständige Montage jedoch in einem Reagenzglas schwer zu erfassen bleibt, was bedeutet, dass einige Details des endgültigen Mechanismus noch weiter erforscht werden müssen.