Транс

Nature Communications, том 14, номер статьи: 871 (2023) Цитировать эту статью

5881 Доступов

89 Альтметрика

Подробности о метриках

Бактерии могут подавлять рост других бактерий путем инъекции эффекторов с использованием системы секреции типа VI (T6SS). Эффекторы T6SS также можно инъецировать в эукариотические клетки для облегчения выживания бактерий, часто путем воздействия на цитоскелет. Здесь мы показываем, что транс-королевский антимикробный эффектор T6SS VgrG4 из Klebsiella pneumoniae запускает фрагментацию митохондриальной сети. VgrG4 колокализуется с белком эндоплазматической сети (ЭР) митофузином 2. VgrG4 индуцирует перенос Ca2+ из ЭР в митохондрии, активируя Drp1 (регулятор деления митохондрий), что приводит к фрагментации митохондриальной сети. Повышение Ca2+ также вызывает активацию рецептора врожденного иммунитета NLRX1 для производства активных форм кислорода (АФК). NLRX1-индуцированные АФК ограничивают активацию NF-κB, модулируя деградацию ингибитора NF-κB IκBα. Деградация IκBα запускается убиквитинлигазой SCFβ-TrCP, что требует модификации субъединицы куллина-1 с помощью NEDD8. VgrG4 отменяет NEDDилирование куллина-1 путем инактивации Ubc12, фермента, конъюгирующего NEDD8. Наша работа представляет собой пример манипуляции T6SS эукариотических клеток посредством изменения митохондрий.

Митохондрии произошли от эндосимбионта α-Proteobacterium, относящегося к роду Rickettsia, более 1,45 миллиарда лет назад1. В соответствии с этим бактериальным происхождением митохондрии отграничены двойной мембраной, внутренняя мембрана которой характеризуется наличием кардиолипина и отсутствием холестерина; в них находится небольшой кольцевой геном, называемый митохондриальной ДНК (мтДНК), и функциональный механизм синтеза белка2. Однако, в отличие от большинства бактерий, митохондрии очень динамичны, а их морфология сбалансирована между двумя строго регулируемыми противоположными событиями: делением и слиянием. Эти процессы необходимы для поддержания функциональных митохондрий, когда клетки испытывают метаболический или экологический стресс3.

Митохондрии имеют основополагающее значение для функционирования эукариотических клеток. Они играют центральную роль в производстве энергии в клетке при окислении промежуточных продуктов цикла трикарбоновой кислоты (ТСА), что включает создание и использование мембранного потенциала на внутренней митохондриальной мембране4. Митохондрии также участвуют в гомеостазе внутриклеточного Са2+5. Высокие концентрации Ca2+ могут накапливаться в митохондриальном матриксе из-за физической близости к эндоплазматической сети (ER) и наличия регулируемого Ca2+-канала — митохондриального кальциевого унипортера (MCU) комплекса5. Эта запись Ca2+ может быть связана с гибелью клеток посредством апоптоза5. Наконец, митохондрии также способствуют внутренней защите клеток посредством АФК и чувствительности к инфекциям6. Из-за этой центральной роли в клеточных процессах митохондрии становятся основной мишенью для патогенов7.

Бактериальное происхождение митохондрий вызывает интригующий вопрос: взаимодействуют ли патогены с митохондриями, используя те же системы, которые они используют для защиты от других бактериальных конкурентов? Например, бактерии используют систему секреции типа VI (T6SS) для ограничения роста других бактерий путем доставки эффекторов в клетку-мишень в одноэтапном процессе8. Эти антимикробные эффекторы T6SS нацелены на важные элементы бактериальной клетки, такие как пептидогликан, нуклеиновые кислоты или мембранные фосфолипиды8. Есть также несколько примеров эффекторов T6SS, доставленных в клетки млекопитающих9. Эти эффекторы в основном нацелены на цитоскелет и влияют на внутриклеточную выживаемость и интернализацию бактерий9. Однако, что удивительно, до сих пор не сообщалось об эффекторах T6SS, нацеленных на митохондрии.

Недавно мы препарировали T6SS гипервирулентного штамма Klebsiella pneumoniae CIP52.145 (далее Kp52145). Этот штамм кодирует все факторы, обнаруженные в инвазивных штаммах K. pneumoniae10,11. Мы продемонстрировали роль T6SS во внутри- и межбактериальной конкуренции, а также в противогрибковой конкуренции12. Мы охарактеризовали VgrG4 как новый эффектор транс-царства T6SS, отравляющий бактерии, дрожжи и грибы12. vgrG4 кодируется более чем в 10% геномов клебсиелл, перечисленных в NCBI (всего 812), включая изоляты, связанные с инвазивными инфекциями человека, и штаммы с множественной лекарственной устойчивостью. Эксперименты по усечению показали, что область VgrG4, содержащая домен DUF2345, достаточна для проявления микробной токсичности посредством индукции АФК12. Мы назвали этот домен токсическим доменом АФК (RTD)12, который присутствует в других VgrG из штаммов Escherichia coli, Acinetobacter baumannii и Pseudomonas aeruginosa.