Бактерии рода Shigella являются второй по распространенности причиной смертельных бактериальных диарейных заболеваний, жертвами которых ежегодно становятся более 200 000 человек по всему миру.
Исследователи из Института наземной микробиологии Макса Планка ранее уже выяснили некоторые особенности регуляции бактериальных генов, а в последнем исследовании выявили новый тип молекулярного переключателя, который контролирует распределение генетического материала во время деления клеток. Выяснилось, что этот же механизм важен и для регуляции бактериальных генов. Исследователи изучали процесс заражения Shigella flexneri и не только прояснили новый важный аспект основного процесса регуляции, но и предоставили важную информацию о том, как бактерия использует этот механизм для контроля своей способности к инфицированию. Их выводы могут открыть новые пути для борьбы с этим и другими бактериальными патогенами.
Молекулярный переключатель, открытый учеными несколько лет назад, обладает необычным свойством: его активация и деактивация основаны на рибонуклеотиде CTP (т.е. строительном блоке РНК - цитидинтрифосфате; химически родственный ему аденозинтрифосфат, АТФ, также известен как универсальный переносчик энергии в биологических процессах). Поскольку способность гидролизовать CTP, вероятно, есть у многих бактериальных белков, исследователи предполагают, что она представляет собой широко распространенный, ранее не обнаруженный принцип управления. Такой принцип может влиять на бактериальные процессы - исследователи обнаружили, что регуляция генов вирулентности у шигелл опосредована CTP-зависимым переключателем, который играет центральную роль в инфекционном процессе.
Еще 20 лет назад был обнаружен белок VirB, который, являясь фактором транскрипции, контролирует транскрипцию нескольких кластеров генов на плазмиде вирулентности Shigella и, таким образом, способность шигелл инфицировать клетки кишечника человека. Несмотря на многолетние исследования, механизм, с помощью которого VirB контролирует экспрессию генов, оставался неясным.
Примечательно, что VirB не является классическим фактором транскрипции, но относится к тому же классу белков, что и CTP-зависимые переключатели, которые помогают плавно распределять генетическую информацию бактерий между дочерними клетками во время клеточного деления. "Участок, где VirB связывается с ДНК, находится на удивительно большом расстоянии от генов-мишеней, и было непонятно, как он может быть активен на таких больших расстояниях", - объясняет Сара Якоб, первый автор исследования. "Биоинформационные прогнозы структуры показали, что VirB может связывать CTP. Затем наши исследования показали, что он действительно использует CTP-зависимый механизм переключения для контроля экспрессии генов вирулентности", - добавляет она.
Используя широкий методологический подход, исследователи смогли прояснить механизм: белок взаимодействует со своим сайтом связывания на ДНК и сворачивается в кольцо вокруг молекулы ДНК, при этом CTP удерживает кольцо VirB в закрытом состоянии, как двусторонний скотч. В таком виде VirB скользит вдоль боковой поверхности ДНК, делая сайт связывания снова доступным и позволяя загружать больше молекул VirB. Затем они изменяют структуру ДНК так, чтобы можно было считывать целевые гены. Этот CTP-зависимый механизм загрузки и скольжения позволяет VirB действовать в качестве молекулярного переключателя для дистанционного управления экспрессией генов в процессе бактериального патогенеза.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
