六年前，迈克尔·尼德维斯(Michael Niederweis)博士描述了有史以来针对致命病原体结核分枝杆菌发现的第一种毒素。通过蛋白质序列相似性确定，这种毒素，结核性坏死性毒素或TNT成为存在于600多种细菌和真菌物种中的一类新的先前无法识别的毒素的创始成员。结核分枝杆菌细菌存活并在其人类巨噬细胞宿主内生长时释放毒素，杀死巨噬细胞并允许细菌逃逸和扩散。
132年以来，结核分枝杆菌中缺乏确定的毒素与几乎所有其他致病性或致病性的致病细菌形成鲜明对比。结核分枝杆菌每年感染900万人，并杀死超过100万人。
现在，在另一项开创性的工作中，阿拉巴马大学伯明翰分校的研究人员及其同事描述了结核分枝杆菌细菌产生的两种小ESX蛋白如何通过包裹细菌的膜中的孔形成来介导TNT的分泌。这一发现可能具有广泛的应用前景，因为在EsxE和EsxF上还发现了独特的三氨基酸基序-色氨酸/任何氨基酸/甘氨酸，简写为WXG，在许多其他小型分枝杆菌蛋白和大型WXG100上也发现了类似于EsxE和EsxF的细菌蛋白超家族。
“在这里，我们首次证明WXG100家族的小Esx蛋白通过介导毒素分泌而在Mtb细胞内具有重要的分子功能，”阿联酋微生物学系教授Niederweis说。“我们的研究结果表明，小Esx蛋白形成孔的动态机制可能适用于WXG100大蛋白家族的其他成员。因此，我们的研究不仅代表了我们对TNT和其他蛋白分泌的认识的重大进展他还描述了结核分枝杆菌中Esx旁系同源物的生物学功能及其在革兰氏阳性细菌中WXG100大蛋白家族中的同系物。”
TNT是结核分枝杆菌外膜蛋白CpnT中的两个结构域之一。巨噬细胞胞质中CpnT的TNT结构域的活性通过水解NAD +诱导巨噬细胞死亡。结核分枝杆菌具有内膜和外膜，蛋白质需要穿过每一层才能分泌到细菌外部。CpnT如何到达外膜尚不清楚。
EsxE和EsxF与CpnT是同一基因片段的一部分，UAB研究人员推测这两种小蛋白可能与毒素的分泌有关。
通过创建缺少EsxE或EsxF的不同菌株，他们表明这两种蛋白对于CpnT易位至结核分枝杆菌的细胞表面以及TNT分泌到感染了结核分枝杆菌的巨噬细胞的胞质溶胶中都是必需的。此外，EsxE和EsxF是结核分枝杆菌上的一种表面可接近的蛋白质，是一种与膜相关的复合物。
为了了解有关这种转运机制的更多信息，UAB团队制作了每种Esx蛋白的突变体，其中每种蛋白上单个WXG基序的色氨酸被氨基酸丙氨酸替代。突变体表明，在EsxE和EsxF上完整的WXG基序是有效的CpnT易位至结核分枝杆菌外膜并随后TNT分泌到被感染的巨噬细胞的胞质溶胶中所必需的。
水溶性EsxE和EsxF蛋白的纯化表明，它们形成了EsxE-EsxF二聚体，其中五个二聚体组装成星形结构(通过电子显微镜观察)。每个直径约10纳米，中心孔为3纳米。
平面脂质双层实验是了解EsxE-EsxF分子功能的关键，因为它们表明EsxE-EsxF孔形成了通过脂质膜的通道。
最后，研究人员表明，EsxE-EsxF复合物需要WXG基序来形成孔和破坏膜，并且这些基序介导了功能性EsxE-EsxF低聚物的组装。现在，这为先前神秘的WXG图案定义了生化作用。
Niederweis说：“ EsxE和EsxF构成了第一个已知的介导结核分枝杆菌蛋白质分泌的外膜成分。” “但是，EsxE和EsxF不可能满足TNT的分泌，因为所有已知细菌蛋白质分泌系统都需要能源。因此，EsxE-EsxF可能与其他蛋白质或蛋白质复合物结合以实现CpnT出口和TNT分泌物。”
UAB研究人员提出了两种由EsxE和EsxF转运CpnT的模型。首先，EsxE-EsxF异二聚体在内膜上形成孔，然后在外膜上形成另一个孔以形成跨膜通道。“可替换地，”下魏斯说，“内膜通道被扩展为周质通过细丝形成，并连接到EsxE-EsxF孔在外部膜，在细胞表面上暴露EsxF。在该模型中，假定EsxE-EsxF通道隧道可以将CpnT多肽输出到结核分枝杆菌的外膜，并随后分泌TNT和EsxE-EsxF。”
与Niederweis一起在《自然通讯》上发表的研究中，“成孔的Esx蛋白介导结核分枝杆菌分泌毒素”是UAB微生物学系的Uday Tak和Terje Dokland。
Niederweis说：“这项工作是杰出的研究生Uday Tak的一项非凡成就，他亲自完成了几乎所有这些实验。” Uday Tak获得了博士学位。于2020年11月任职，现在是科罗拉多大学博德分校的博士后。
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