A C-terminal translocation signal is necessary, but not sufficient for type IV secretion of the Helicobacter pylori CagA protein

Molecular Microbiology., 59(5): 1624-1637,2006

學生:莊旭翔 學號:S46931017

   TypeIV secretion system (T4SS)這種分泌系統在革藍氏陰性菌中是一種毒力指標,因為有許多有致病力的革藍氏陰性菌本身都有這種系統存在,這些細菌可以藉由這種系統將自己的蛋白或遺傳物質(例:DNA)送入宿主的細胞中,進而影響到宿主細胞的正常功能,而造成疾病的發生或加重病情的發展.其中比較著名的例子是Agrobacterium tumefaciens 可以利用T4SS將VirE2、VirE3、VirF及T plasmid送入植物的細胞中,造成植物細胞不正常的增生,進而形成根瘤的情形.

   而本篇的主角Helicobacter pylori (幽門螺旋桿菌)也有這一種系統存在;它是利用cag PAI基因所做出來的T4SS,其中被送進去到人類胃上皮細胞裡面的蛋白是CagA蛋白,從國外的研究指出來說,西方的幽門螺旋桿菌中,感染CagA基因陽性的菌株的人類,胃部的發炎狀態較感染CagA基因陰性的菌株的人類要來的嚴重,而且在體外實驗也證實了, CagA基因陽性的菌株比CagA基因陰性的菌株要更能夠刺激AGS細胞(癌化的胃上皮細胞)產生IL-8,而產生IL-8的量也是發炎的指標之ㄧ.

   雖然知道CagA蛋白可以藉T4SS送入到宿主細胞中,但是,究竟CagA是如何經由T4SS送入胃上皮細胞的,是沒有文獻去探討的.這篇論文主要是在探討CagA蛋白上的哪些胺基酸序列對於它本身被T4SS傳輸到胃上皮細胞是必須的部份.

   一開始作者將CagA蛋白序列用酵素分成N端和C端兩部份,分別接上綠色螢光蛋白,結果發現C端接上綠色螢光蛋白的接合蛋白會影響正常CagA蛋白被傳輸到胃上皮細胞後被磷酸化的能力,而作者也證實了這是因為綠色螢光蛋白的結構太堅硬了,導致帶有CagA C端的接合蛋白阻塞了T4SS的管道,而使正常的CagA蛋白不能被傳輸到胃上皮細胞中;而這也證實了CagA的C端可能帶有一些訊號是被T4SS所辨識的而有助它被送到細菌外. 因此,作者將CagA蛋白的C端序列做隨機刪除,結果發現,當刪除掉20個胺基酸序列後,作者發現此個CagA 就不能被送進去到胃上皮細胞而被磷酸化了. 而作者用了GSK的標定物進行模擬CagA蛋白被送入胃上皮細胞後被磷酸化的過程,而這種標定物被送入到細胞中,也會被磷酸化,可以用來監控T4SS的功能是否正常.結果又再一次的証實上述的事實. 因此,作者將CagA的C端的胺基酸序列和其它菌種的T4SS傳輸的受體的C端序列進行比對,發現並沒有保守序列存在其中;但是,有文獻指出,受體的C端帶正電的胺基酸對於T4SS傳輸受體蛋白而言是必須的. 因此,作者將CagA的C端上的兩個lysine換成isoleucine和leucine後,發現並不會影響它被送入細胞中磷酸化的能力. 除此之外,作者也另外換了其它T4SS的受體的C端序列,結果發現,這些蛋白還是可以被送入細胞中被磷酸化.這一個事實證明了不同菌種的T4SS可能共用相類似的辨識受體的系統.

   除此之外,作者也分析了CagA蛋白的N端對於此蛋白本身被傳輸到細胞中的能力是否有影響. 作者同樣也對CagA蛋白N端的序列做刪除,結果發現,只刪除了39個胺基酸序列就會影響CagA蛋白本身被傳輸到細胞的能力,而此結果也同樣用GSK標定物的實驗再一次的驗證. 而作者之前的研究指出,在CagA蛋白的N端刪除掉58個胺基酸同樣也不能讓CagA蛋白被送入細胞中. 因此,作者的結論指出,CagA蛋白的N端58個胺基酸和C端20個胺基酸對於CagA蛋白本身被T4SS辨識後被傳輸到胃上皮細胞中是必須而且重要的.