294: 注射體（Injectisome）

Author: David S. Goodsell Translator: 于 健（PDBj）

沙門氏菌注射體針狀複合體。針的細管內上部有一小部分紅色的效應蛋白SptP。
沙門氏菌注射體針狀複合體。針的細管內上部有一小部分紅色的效應蛋白SptP。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

我們與許多細菌共生，我們與它們的互動通常是友好的。環境中的細菌會分解廢物和死去的動植物。我們體內的細菌可以幫助我們處理所吃的食物，為我們提供所需的營養。不過，有時也會有不那麼友善的互動。例如，沙門氏菌（Salmonella bacteria）會侵入我們的細胞並在內部繁殖，從而引發傷寒（typhoid fever）等危及生命的疾病。作為其致病策略的一部分，這些細菌利用名為注射體（ injectisome）的針狀分子注射數十種不同的效應蛋白。這些注入的蛋白質會使細胞防禦失活，並改寫細胞的新陳代謝，以幫助細菌在細胞內生長。

注射效應器

PDB 條目7ah9包含注射體沙門氏菌注射體的中心針狀部分，其針頭中間有一個孔，孔的大小剛好可以容納一條未折疊的蛋白質鏈。一個分子門控制效應蛋白通過針頭，下面的互動式可操作圖像詳細顯示了這個分子門。該結構還包含幾個大的環形蛋白，它們將針頭固定在細菌細胞壁上，使細菌能夠將多個針頭放置在它試圖感染的細胞上。

完整的注射體還包含一個位於細菌內部的大型分類平台，此平台的結構沒有包含在這個PDB條目中。該平台只選擇適當的效應蛋白，並控制它們的注射順序。它們的分泌過程分為三個階段。首先，分泌注射體本身，以產生針頭等成分。其次，分泌一組蛋白質，製造穿透受感染細胞膜的轉位子（translocon）。最後，注射體與此轉位子結合，將剩餘的效應蛋白注入受感染細胞的細胞質中。

凍結活動

注射體的結構是透過冷凍電子顯微鏡確定的，其中含有效應蛋白SptP，這種酶可以去除細胞蛋白質中酪胺酸的磷酸鹽，還能使幾種受GTP 調節的蛋白質失去活性。在觀察蛋白質的運送過程中需要一些巧妙的方法。這是因為效應蛋白通過針頭的時間通常不到一秒鐘。具體來說，我們在SptP 的末端加入了綠色熒光蛋白（green fluorescent protein、GFP）。注射體無法解開GFP的折疊，因此起到了鉗子的作用，使其無法通過針孔，從而可以緩慢地捕獲和研究複合物。

有效的效應器

(左圖）由p50 和p65 組成的NF-κB 轉錄因子複合物與DNA結合。 (右圖）沙門氏菌效應蛋白GtgA 處於切割p65的狀態。
(左圖）由p50 和p65 組成的NF-κB 轉錄因子複合物與DNA結合。 (右圖）沙門氏菌效應蛋白GtgA 正在切割p65。 高質量的TIFF圖片可以從這裡獲得。

沙門氏菌會注入數十種不同的效應蛋白。其中許多會添加或去除磷酸鹽、核糖基團和其他化學修飾，從而阻止細胞蛋白質發揮作用。另一組效應蛋白會將關鍵的細胞蛋白質送到泛素化系统（ubiquitination system）進行處理。圖中所示的效應蛋白GtgA是一種蛋白酶，它能裂解特定的轉錄因子p65（PDB條目6ggr），此轉錄因子是NF-κB訊號路徑的一部分，圖中所示的NF-κB 複合物是p65和p50（PDB 條目1le5）與DNA 結合的異二聚體。

探索結構

蛋氨酸門

顯示方式: 静态图像

若要切換到有互動控制的頁面，請點擊圖表下方的按鈕。如果載入沒有開始，請嘗試點擊圖表。

分泌針的入口受到蛋氨酸門（methionine gate）的保護，如PDB 6pep所示，當分泌針不使用時，蛋氨酸群（黃色）得到單一苯丙胺酸（白色）的幫助，形成防水屏障。之後，一旦確定了要注入細胞的效應蛋白，蛋胺酸就會順利分離，讓細蛋白鏈（紅色）通過，如PDB 7ah9所示。點擊螢幕下方的按鈕，切換到互動式可操作圖像，更詳細地查看這兩種結構。

進一步的討論議題

  1. 搜尋" 沙門氏菌效應蛋白"（Salmonella effector），查看由注射體運輸的該效應蛋白和其他效應蛋白的結構。
  2. 針狀複合體包含幾個對稱的環狀結構，由一種蛋白質的多個拷貝組成。

參考文獻

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本文是由RCSB PDB的PDB-101提供的《當月的分子》2024年6月的文章的中文翻譯。請參考我們的條款和條件頁面。

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