Pressmeddelande -
Ny strukturell mekanism för membranmodifiering orsakad av proteinet MakA från Vibrio cholerae
Forskning utförd vid Umeå universitet har lett till upptäckten av en pH-inducerad strukturell mekanism för membranmodifiering orsakad av proteinet MakA, en subenhet av det nyligen beskrivna α-porbildande toxinet från den patogena bakterien Vibrio cholerae. Samarbetande forskare anslutna till MIMS och UCMR publicerar sina nya rön i tidskriften eLife.
Alla typer av levande celler är beroende av funktionella membran. Proteiner som bildar porer i biologiska membran finns i många olika sammanhang, inklusive vissa bakteriella toxiner som främjar infektioner och kan orsaka skador på målceller och organeller. Forskning inom professor Sun Nyunt Wai´s forskargrupp vid institutionen för molekylärbiologi resulterade i den ursprungliga upptäckten av proteinet MakA som ett motilitetsassocierat utsöndrat toxin från V. cholerae med hjälp av modellorganismen Caenorhabditis elegans och in vitro-odlade däggdjurscellmodeller. När MakA utsöndras med två andra Mak-proteiner bildar det MakA/B/E trekomponent porkomplex i däggdjurscellmembran såsom nyligen avslöjats genom biokemiska analyser och strukturell karakterisering med röntgenkristallografi i samarbete med forskargruppen ledd av professor Karina Persson vid Institutionen för kemi. Detta är typiskt för de proteiner som kallas "de α-porbildande toxinerna", en superfamilj av membranporbildande proteintoxiner.
MakA kan även på egen hand fästa vid målcellsmembran och tas upp av odlade däggdjursceller via endocytos där det ackumuleras i det endolysosomala membranutrymmet. Endolysosomer är organeller med surt pH som bryter ned cellulära makromolekyler och återvinner cellulära byggmaterial. Det nya forskningsarbetet ger starka belägg för hur MakA interagerar med membran under sura förhållanden. Det visade sig att MakA-proteinet verkar skapa tubliknande strukturer och orsaka läckage i det sura endolysosomala utrymmet och att det inte fungerar korrekt. Sura förhållanden gjorde att MakA genererade oligomerer och ändrade membran till rörliknande strukturer, vilket fick celler att förlora sina membran. När MakA band till liposomer från cellers lipidextrakt vid lågt pH bildades de tubliknande strukturerna.
Dessa studier avslöjar dynamiken i tubulär tillväxt, som sker på ett pH-, lipid- och koncentrationsberoende sätt. En modell av den detaljerade protein-lipid strukturen erhölls genom Cryo-EM analys. MakA aktiviteten är ett fascinerande exempel på en strukturell process för ombildning av membranet utlöst av pH-beroende förändring i proteinets konformation. Det kommer att vara av intresse för ett brett spektrum av forskare som arbetar med värd-patogen-interaktioner, membranmodifiering och makromolekylär struktur hos medicinskt signifikanta bakteriella patogener. Ur perspektivet av proteinteknologi och nanorörsbildning, föreslås att dessa upptäckter om hur MakA orsakar bildning av lipid/proteinspiralstrukturer kan bli relevanta för protein/membranteknik och syntetisk biologi.
Forskningen genomfördes vid Umeå universitet tack vare samarbetet mellan flera ytterligare UCMR-anslutna forskargrupper som bidragit med sina olika kompetenser. Projektet har haft stor nytta av stöd från lokala och nationella forskningsinfrastrukturer: Protein Expertise Platform (PEP), Biochemical Imaging Centre Umeå (BICU), Umeå Core Facility for Electronic Microscopy (UCEM) och National Microscopy Infrastructure (NMI). Forskningen stöddes av anslag från Vetenskapsrådet, Cancerfonden, Kempestiftelserna, Medicinska fakulteten vid Umeå universitet, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Europeiska forskningsrådet, SciLifeLab National Fellows-programmet och Laboratoriet för Molekylär Infektionsmedicin Sverige (MIMS).
Originalpublikation:
Aftab Nadeem, Alexandra Berg, Hudson Pace, Athar Alam, Eric Toh, Jörgen Ådén, Nikola Zlatkov, Si Lhyam Myint, Karina Persson, Gerhard Gröbner, Anders Sjöstedt, Marta Bally, Jonas Barandun, Bernt Eric Uhlin, Sun Nyunt Wai (2022). Protein-lipid interaction at low pH induces oligomerisation of the MakA cytotoxin from Vibrio cholerae. eLife 2022;11:e73439. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.73439
E-mail: aftab.nadeem@umu.se
Tel: +46-90-7856734, +46-76-237-3504
Bernt Eric Uhlin
E-mail: bernt.eric.uhlin@umu.se
Tel: +46-90-7856731, +46-706757344
Sun Nyunt Wai
E-mail: sun.nyunt.wai@umu.se
Tel: +46-90-7856704, +46-70-5099430
Ämnen
Umeå universitet
Umeå universitet är ett av Sveriges största lärosäten med drygt 36 000 studenter och 4 000 anställda. Här finns en mångfald av utbildningar av hög kvalitet och världsledande forskning inom flera vetenskapsområden. Umeå universitet är också platsen för den banbrytande upptäckten av gensaxen CRISPR-Cas9 – en revolution inom gentekniken som tilldelats Nobelpriset i kemi.
Vid Umeå universitet är allt nära. Våra sammanhållna campus gör det lätt att mötas, samarbeta och utbyta kunskap, något som gynnar en dynamisk och öppen kultur där vi gläds åt varandras framgångar.
