Учёные получили «снимок» белка-регулятора стрессового ответа бактерий в процессе «утилизации»
Учёные впервые получили «снимок» двух белков, участвующих в доставке главного регулятора стрессового ответа бактерий к клеточной системе утилизации.
Команда под руководством Университета Брауна обнаружила, что RssB — белок, который специфически распознаёт главный регулятор и доставляет его к системе утилизации, подобно «мусоровозу», — образует компактную структуру с фактором, ингибирующим активность RssB. Этот ингибирующий фактор, называемый IraD, активируется при повреждении ДНК — одном из многих стрессов, от которых помогает выжить бактериям главный регулятор, включая важные гены.
Этот главный регулятор стрессового ответа критически важен для выживания многих бактерий — включая патогенные, такие как E. coli и Salmonella, — в условиях дефицита питательных веществ и других стрессовых ситуаций, например, при заражении нового хозяина. Он также важен для образования и роста биоплёнок, которые часто устойчивы к антибиотикам и формируются на медицинских устройствах, таких как катетеры и искусственные клапаны сердца.
«До этого исследования не было полного понимания, как именно IraD ингибирует RssB», — сказала Александра Деаконеску, доцент молекулярной биологии, клеточной биологии и биохимии в Университете Брауна и автор-корреспондент исследования. «Нам удалось определить структуру IraD в комплексе с RssB и понять механизм его работы. Понимание того, как бактерии контролируют количество главного регулятора стрессового ответа, может привести к разработке новых антимикробных средств или даже агентов, останавливающих эволюцию антибиотикорезистентности».
Для бактерий, пытающихся установить инфекцию или растущих в стрессовой среде, важно точно регулировать количество этого регулятора, так как он контролирует большой процент генов E. coli, которые могут потребоваться включить в определённых условиях, пояснила Деаконеску. Утилизация регулятора — это затратный по химической энергии процесс, но он обеспечивает более быстрый метод контроля, чем включение или выключение его синтеза, что подходит для адаптации к изменчивой среде. Фактически, бактерии контролируют как производство, так и утилизацию главного регулятора, чтобы адаптироваться и процветать.
Структура комплекса IraD с RssB и результаты исследования были опубликованы в журнале Genes and Development.
Команда Деаконеску использовала рентгеноструктурный анализ для определения структуры комплекса IraD с RssB на атомарном уровне. Метод включает кристаллизацию белка или белкового комплекса и наблюдение за рассеянием рентгеновских лучей на кристаллах. Комплекс RssB–IraD напоминает трилистник, где RssB образует две доли, обе контактирующие с IraD в своего рода «объятии». Учёные полагают, что сначала IraD, вероятно, взаимодействует с одной долей (доменом) RssB, а затем другой домен смыкается, способствуя образованию стабильного комплекса.
«Изначально мы думали, что IraD может связываться только с одним доменом, но вместо этого он связывается с обоими доменами и фиксирует их вместе в закрытой конформации», — сказала Деаконеску. «Это стало самым большим сюрпризом в структуре».
Коллеги Деаконеску из Национального института рака изучили взаимодействие RssB и IraD генетически и в лабораторных тестах. Они селективно мутировали ключевые регионы, участвующие во взаимодействии. Эксперименты подтвердили, что регионы, идентифицированные в структуре, важны для взаимодействия двух белков в бактериальных клетках и для их активности в лабораторных тестах с участием клеточной системы утилизации.
В будущем Деаконеску планирует изучить другие ингибирующие факторы, которые распознают RssB. Она полагает, что другие факторы, активируемые разными сигналами стресса (например, истощением различных питательных веществ), могут связываться с RssB иными способами. Они могут связываться с другими частями белка или даже распознавать другие конформации, поскольку RssB — очень гибкий и динамичный белок, больше похожий на многофункциональную руку, чем на жёсткий замок с единственным ключом.
Деаконеску также интересует, что происходит, когда стресс, запускающий ингибирующий фактор, разрешается и бактериям необходимо вернуться к утилизации главного регулятора.