Белок CccR — токсин для чужих клеток, транскрипционный фактор для своих

Для координированной активности одноклеточные организмы и клетки многоклеточного организма обмениваются химическими сигналами. Такая коммуникация происходит с помощью сигнальных молекул и их рецепторов. Сигнальные молекулы могут быть липидами, пептидами, белками, полисахаридами и так далее. Рецепторы могут находиться внутри или снаружи клетки. У бактерий есть по крайней мере семь систем для секреции белков во внеклеточное пространство или в цитозоль соседних клеток. Раньше считалось, что система секреции типа VI (T6SS) вводит токсины в соседние клетки других видов. Однако было показано, что часто токсин доставляется в клетки того же вида, что на первый взгляд кажется напрасной тратой токсина.

В новой работе ученые из Китая исследовали функции белка CccR, который работает как токсин в клетках другого вида благодаря домену FIC, но в клетках своего вида функционирует как транскрипционный фактор. В общем случае белки с доменом FIC катализируют разнообразные посттрансляционные модификации, в частности, аденилирование (присоединение АМФ). FIC расшифровывается как filamentation induced by cAMP — филаментация, вызванная цАМФ.

Ученые идентифицировали белок CccR в геноме бактерии Yersinia pseudotuberculosis. Он обладает ДНК-связывающим доменом спираль-поворот-спираль, что отличает его от других белков с доменом FIC. Если CccR экспрессировать в клетках Escherichia coli, то они начинают расти значительно медленнее, также наблюдаются признаки филаментации клеток (удлинения без деления). Оба эти процесса зависят от наличия функционального домена FIC. Сами клетки Y. pseudotuberculosis иммунны к действию CccR даже при его оверэкспрессии. Авторы подтвердили, что секреция CccR действительно обусловлена T6SS.

Исследовали культивировали Y. pseudotuberculosis совместно с E. coli. Они показали, что Y. pseudotuberculosis росли лучше, чем E. coli, в условиях конкуренции. Бактерии, не способные производить CccR, утрачивали преимущество. Если добавить в среду сам белок CccR, то происходит остановка роста и филаментация E. coli, а значит, белок может проникать в клетки не только с помощью межклеточных контактов.

Мышам сначала давали антибиотик, потом колонизировали комменсальным штаммом E. coli. Через 24 часа их заражали энтеропатогеном Y. pseudotuberculosis. Последний вытеснял E. coli, если он мог экспрессировать CccR.

CccR проникает в клетку, взаимодействуя с белком FhuA — транспортером внешней мембраны. Делеция fhuA приводила к тому, что CccR не мог затормозить рост E. coli или вызвать филаментацию.

Авторы показали, что CccR связывает фактор клеточного деления FtsZ, чтобы вызвать филаментацию. При этом происходит аденилирование FtsZ. Главную роль в этом процессе играет домен FIC. Аденилирование FtsZ препятствует цитокинезу, подавляя полимеризацию этого белка. Исследователи также изучили кристаллическую структуру CccR.

В клетках своего вида CccR действует как транскрипционный фактор, подавляя экспрессию гена cccR. Регуляторное действие CccR не зависит от его токсического действия. Есть свидетельства того, что CccR действует и на другие гены, вовлеченные в ABC-транспорт, синтез рибосом, выработку энергии и сборку жгутиков. Таким образом, попадая в клетки своего вида, CccR может играть роль в координации их активности.

Авторы заключают, что это первая работа, в которой описан транскрипционный регулятор, который влияет на экспрессию генов не только в своей клетке, но и в соседних, координируя их поведение.

Эукариотический активатор транскрипции работает в бактериальных клетках