Вступление
Недавние исследования показали неожиданные свойства поверхностного белка порина В (PorB) патогенного вида бактерий Neisseria meningitidis. Показано, что PorB способен переноситься из поверхностной мембраны нейссерий в поверхностную мембрану эукариотических клеток, а затем встраиваться в мембрану митохондрий и связываться с молекулами митохондриального порина VDAC (Voltage Dependent Anionic Channel). Такое взаимодействие приводит к подавлению митохондриального пути апоптоза: в условиях клеточного стресса не происходит выброса цитохрома с в цитоплазму, митохондриальная мембрана не теряет электрохимический потенциал [1]. Нами предложен возможный способ взаимодействия белков PorB и VDAC.
|
|
| Рис.1. Совмещение 6-ти структур бактериальных поринов. Показаны участки шестнадцати непрерывных бета-стрендов в остовной модели. |
Рис.2. Совмещение 6-ти структур бактериальных поринов. Показаны участки петель. |
Петли, представленные в нижней части рисунка ?2, соответствуют коротким петлям, обращенным в цитоплазму. Довольно длинные и плохо совмещающиеся участки, представленные в верхней части рисунка, соответствуют внеклеточным петлям.
Бета-тяжи бета-барреля образуют в совмещении непрерывные участки (см. рис.1); в петелях возможно наличие разрывов (см. рис.2).
Гипотеза
Возможно, способность подавления апоптоза белком PorB связана с особенностями механизма взаимодействия с тримером VDAC [1]. Мы предполагаем, что молекула порина заменяет одну субъединицу тримера VDAC. При этом порин PorB формирует контакты с двумя субъединицами VDAC в области внеклеточных петель и нарушается структура центральной поры порина VDAC. В результате этого цитохром с не может проникнуть из митохондриального матрикса в цитоплазму. Не исключено, что при этом также блокируются участки связывания VDAC с проапототическими агентами Bax, Bcl-2, и т.д. Данная гипотеза была предложена на основе найденного сходства между последовательностями PorB и VDAC (см. рис. 7).
|
| Рис.3 |
На рисунке ?3 представлен фрагмент выравнивания последовательностей VDAC; найденные вставки/делеции в группе последовательностей VDAC ?1 отмечены синим цветом; В строке "gr1_align" участки биологически обоснованного выравнивания отмечены буквой "A", делеции отмечены "X", и вставки отметили "L". В строке "gap1" отмечены делеции ("X"), и вставки (обозначение соответствует аминокислоте, преимущественно расположенной в данном сайте).
|
| Рис.4 |
Совмещенное выравнивание группы последовательностей VDAC ?4 (названия последовательностей отмечены синим цветом) с группой ?1 (названия последовательностей отмечены желтым цветом); найденные вставки/делеции отмечены синим цветом; В строке "gap4" отмечены делеции "X" и вставки, согласно аминокислоте, преимущественно расположенной в данном сайте); В строке "gr1-4_align" показаны участки биологически обоснованного выравнивания "А", делеции "X" и вставки "L".
Выбор наиболее правдоподобной топологии VDAC
|
| Рис.5 |
A) модель Mr. Vito de Pinto_2002 года. VDAC - порин, состоящий из 16 бета-тяжей
B) модель Mr. Song'a. VDAC - порин, состоящий из 13 бета-тяжей
C) модель Mr. Vito de Pinto_1991 года. VDAC - порин, состоящий из 16 бета-тяжей
На каждом рисунке A), B), C) представлены две строки. Верхняя строка соответствует распределению вставок/удалений в последовательности VDAC_Neucr. Нижняя строка - предсказанная модель топологии VDAC согласно разным источникам; ширина строк соответствует длине выравнивания; бета-тяжи отмечены оранжевым цветом, альфа-спирали отмечены зеленым цветом. Вставки и делеции, которые отвергают предсказанные модели, отмечены черными, соответствующие бета-тяжи, чье существование является спорным, отмечены серым.
Межсубъединичные контакты бактериального порина 1osm
|
| Рис.6 |
Схема, отражающая основные взаимодействия между субъединицами порина.
Преимущественное расположение контактов между субъединицей Z c X и Y:
|
Контакты с суб. Х
|
Контакты с суб. Y
|
Смешанные контакты
|
| Тяж ?3 |
Петля ?3
|
Тяж ?1
|
|
Тяж ?4
|
Петля ?14
|
Тяж ?2
|
|
Петля ?5* (частично, по краю)
|
Тяж ?16
|
|
|
Петля ?7
|
|
|
*Петля ?5 в поринах находится в толще канала и образует в нем спираль.
Именно поэтому она имеет столь большую длину.
Проверка гипотезы
|
| Рис.7 |
В строке 'ss_PorB' приведена вторичная структура нейссериальных поринов;
В строке 'ss_dePinto_model' приведена вторичная структура принятой модели топологии VDAC, предстказанной Vito de Pinto_2002 года;
В строке 'contact' приведена предположительная локализация аминокислот, участвующих в контакте, по данным структуры 1osm.
Cлабая гомология последовательностей нейссериальных поринов и VDAC. Тяж "G" по нумеративной номенклатуре является тяжем ?3, тяж "F" - тяжем ?4. участок выравнивания, соответствующий тяжам ?3, ?4 и петли ?3 (между этими тяжами), удовлетворяет принятым критериям, поэтому справедливо считать достоверным обнаруженное сходство последовательностей поринов VDAC и нейссериальных поринов на этом участке. Также отчетливо видно, что достоверный блок выравнивания располагается точно над соответствующей вторичной структурой поринов: тяж ?3 ("G")_VDAC расположен точно над тяжем ?3 ("G")_PorB, почти совпадает выравнивание для тяжей ?4 ("F").