细菌III型分泌系统

分泌器蛋白：不同三型
1) 内膜转运蛋白的Lcr D家族， 可形成一个中央通道； 2) 细胞质ATP酶Ysc N家族，其同源性蛋白在已知的细菌、 真核、
古细菌三型分泌系统中均存在； 3) Ysc O、 Ysc P及同源蛋白这个位点被氨基酸同源性小或 无的基因
所占据； 4) Ysc F、 Ysc l 、Ysc K ， Ysc L家族有完全的亲水特性， 可能位于
细胞质； 5 ) Yop N 及同源性蛋白位于细菌表面，在钙离子存在条件下以及不
接触真核细胞时，通道关闭； 6) Ysc C家族及其同源性蛋白是形成通道使分泌蛋白穿过外膜；
7)形成鞭毛的成分等。
I、Ⅲ型分泌系统是sec不依赖性的，Ⅱ、Ⅳ型是sec依赖性的。
现已发现的Ⅲ型分泌系统 主要存在于耶尔森氏菌 ( Yersinieae ) 、肠炎 沙门氏菌 ( Salmonella enterica) 、志贺氏菌 ( Shigella) 、埃希氏大 肠杆菌 ( Escherichia coli )等；
目前认为革兰氏阴性菌的分 泌系统有 5个类型, 即 Ι~ V 型,均由一些具有特殊功能 的蛋白质、 多肽组成。另 外 ,第五种大分子分泌途径 和质粒的接合转移有关。
IV型
根据是否依赖信号肽 ( signal sequence ，sec)的特点，可将其 分为 sec依赖性和sec不依赖性 两类。
细菌Ⅲ型分泌系统
安徽农业大学预防兽医学 11720695 杨骁
主要内容
一、Ⅲ型分泌系统的概述 二、Ⅲ型分泌系统的结构和组成 三、Ⅲ型分泌系统分泌机制 四、Ⅲ型分泌系统与细菌致病性 五、Ⅲ型分泌系统的特点 六、Ⅲ型分泌系统的展望
一、细菌分泌系统的概述
细菌分泌系统的发现,是近年来细菌致病机制研 究的重要进展。
调节蛋白： 包括 invF 、 FhilA—iagB、phoPQ、 操纵子等若干蛋白，对三型分泌系 统的基因表达发挥调节作用
分泌蛋白 可借助于分泌器形成的通道, 在分子伴侣的帮 助下,直接从细胞质分泌到细胞外。 分泌过程受谓节蛋白的调节。若细菌接触上皮细胞，可将一些分泌蛋白注入宿主 细胞中。分泌蛋白的进入，可促进细菌侵入上皮细胞。如果缺失某个分泌器基因， 常会导致分泌蛋白无法分泌到细胞外。
针头状突起是一个直的中空筒状结构， 长约60nm，其内部有专门输送分泌蛋 白狭窄的的中心孔道 (约2～3nm) ，孔 道从底部的环状结构一 直延伸到针头 的顶端 。
中心孔道非常小，折叠的蛋白要经过伸 展后才能从中通过。针头结构可以将细 菌的效应蛋白直接注入宿主细胞。
Ⅲ型分泌系统组成
Ⅲ型分泌系统通常由30～40 kbp大小的 基因编码，以毒力岛 ( Pathogenicity island )的形式存在于细菌的质粒或染色
⑵ 其分泌蛋白不具有典型的分泌蛋白分泌 依赖的 sec模式的氨基酸末端序列;
⑶ 分泌需要辅助蛋白;
⑷ 分泌蛋白质通过细菌的内外两层膜;
⑸ 能够把效应分子直接从胞质输送到细胞表 面;
⑹温度、盐度等环境因素 , 可以诱导分泌装置 和效应分子的合成;
⑺编码 Ⅲ 型分泌系统的许多成分基因与编码 许多革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌的鞭毛 装置的基因有一定的同源性;
分泌过程的翻译后调控与系统中刺激这个调控的生理信号和与宿主因子 的接触有关。
•分泌蛋白识别注 射装置的机制很 复杂，需要多种 信号肽、分子伴 侣 ( 伴侣蛋白)和 辅助蛋白的帮助。 在这些蛋白的帮 助 下分泌蛋白才 能从直接从细菌 的胞质中分泌到 细 胞外。
•其中，T3SS注射装置对分泌效应蛋白的调节具有一定的选择性。T3SS注射 装置只允许少量的分泌蛋白通过。分泌蛋白必须 正确识别和通过不同的注射 装置。分泌蛋白首先识别 注射装置的开口，然后开始伸展通过狭窄的注射装 置口，进入宿主细胞后形成效应蛋白。
二、Ⅲ型分泌系统的结构和组成
Ⅲ型分泌系统的结构
各种病原菌的 T3SS在透射电子显微镜 下观察都很相似，其结构很像注射器， 有人称之为针头复合物( needle complex，NC)或 “ 注射器” ，目前 已有了较为规范的新名词：T3SS注射 装置 (injectisome)。
来自鼠伤寒沙门氏菌 TS33电镜照片
体上。
与基因组其他部分相比，该分泌系统基 因的DNA G+ C含量较低，编码Ⅲ型分 泌系统的基因常常是成簇的。在致病菌 中，Ⅲ型分泌系统基因簇通常位于染色 体或质粒上，常通过进化而获得。而在
相关的非致病菌株中大多缺乏这些致病
区，但一般有相似或相同的相邻序列。
Psic A、Sicp 编码Ⅲ型分泌 系统
认为T3SS和鞭毛系统同源，示意图如下
三、Ⅲ型分泌系统分泌机制及调控
细菌的 Ⅲ 型分泌系 统是一步性分泌 , 是 sec不依赖性的 所分泌的效应蛋白 不在胞浆间隙中停 留 , 也不被切割 , 直 接从胞质输送到细 胞表面。Ⅲ型分泌 系统的分泌信号长 期以来被认为是位 于分泌蛋白的 N端 的 15～20个氨基酸。
⑻编码 Ⅲ 型分泌系统的基因可在细菌间传递。
六、Ⅲ 型分泌系统的展望
对于Ⅲ 型分泌系统的研究能更好地理解革兰 氏阴性菌的致病性以及生物体的防御系统。
从医学角度看 , 对其研究有利于发展新疫苗和 抗微生物新药。
Ⅲ型分泌可能为定向输送工程蛋白、 影响细 胞信号转导等提供有用的工具。
希望老师批评指正
志贺氏菌属分泌有 2种: I paA和 I paC。
耶尔森氏菌有3种效应蛋白干扰细胞骨架动力学， 其中：
YopH引起局部黏附部位几种蛋白去磷酸化 , 从而 导致这些复合物解离 , 引起细胞骨架重组。
YopE可修饰巨噬细胞蛋白 ,破坏细胞的功能 , 使 巨噬细胞不能够吞噬和杀伤细菌;
四、Ⅲ型分泌系统与细菌致病性
不同的病原菌能够分泌不同的蛋白质 , 作用于不同的宿 主细胞和分子，产生不同的疾病和症状 。
致病蛋白常类似于真 核细胞因子 ,具有信 号转导的作用 ,并且 能干扰真核生物的信 号途径。修改细胞信 号转导可导致宿主免 疫反应紊乱或细胞骨 架重组织 ,为细菌定 植建立亚细胞的生态 环境。
五、Ⅲ型分泌系统的特点
大多数细菌只有一套 Ⅲ 型分泌系统 , 少数细菌， 如鼠伤寒沙门氏菌则有 2 套完全独立的分泌系统 在感染的不同阶段发挥 作用。一套系统分泌的 蛋白参与对真核细胞的 侵入 , 另一套则用于细菌 侵入真核细胞后的生存。
⑴ 该分泌系统是一种多成分分泌系统 , 在 革兰氏阴性细菌中高度保守;
动、植物致病菌的Ⅲ型分 泌系统有许多高度保守的 主要结构成分 ，由20种以 上的蛋白质组成，是所有 已知蛋白分泌系统中最复 杂的；在分泌中，不同的 蛋白发挥各自的功能。
Ⅲ型分泌系统的组分包括： 分泌蛋白质、伴侣蛋白、 分泌器蛋白和调节蛋白。
T3SS模型图
伴侣蛋白： 三型分泌系统分泌的蛋白。 需要小的、 通常是酸性、 位于细 胞质膜的附属蛋白，特异结合和分泌蛋白结合发挥帮助分泌和 分泌前的稳定作用。在已发现的俘侣蛋白中，Syc E/Yea A, Syc H作为Yop E 、 Yop H的分子伴侣、Let H／Syc D作为 Yop B 、 Yop D的分子伴侣
人们所知的对动物致病的效应蛋白约 20余种。其中 6种由耶尔森氏菌属分泌 , 包括: YopE、YopH、 YopM、YopJ /P、YopO /YopA和 YopT;
沙门氏菌属 SPⅠ-1编码装置分泌有 8种: Avr A、 SipA、SipC、SopB、SopD、SopE、SotP和 SspH1;SPⅠ-2系统分泌的有 4种: ExoS、ExoT、 ExoV和 ExoY;
志贺氏菌属利用 2个效应蛋白作用于细胞骨架 , 使菌细胞进入非吞噬细胞 , 如侵入大肠的黏膜上 皮细胞并在其中繁殖 , 起定居作用。
沙门氏菌属 SPⅠ-1和 SPⅠ-2基因编码的产物 , 可使宿主细胞产生细胞因 子 , 可诱导巨噬细胞凋亡 , 还可以促使在细菌表面装配与宿主细胞相接触的 侵袭小体等附属结构。
致病菌通过注射毒力因子到宿主细胞中， 被注入的细菌毒力 蛋白在宿主细胞中刺激或干扰宿主细胞的代谢过程， 支配细菌与 宿主细胞的相互作用， 从而引起诸如鼠疫、 伤寒、 痢疾等许多 疾病。
细菌感染宿主细胞：鼠伤寒沙门氏菌（橙色）在宿 主细胞中（蓝色）建立感染
病原菌为了生存和进 入真核宿主细胞，经 过长期进化逐渐形成 了入侵宿主细胞的特 异性机制，其中最显 著的机制是细菌Ⅲ型 分泌系统 (T3SS) 。
致病菌为了在宿主体内生存、 繁殖和扩散, 必须 分泌一些蛋白性质的毒力因子; 而一些非致病菌 为了适应其生活环境, 也向外分泌一些蛋白质。
革兰氏阴性细菌有许多分泌蛋白 和外露蛋白, 虽然细菌分泌的这 些蛋白功能各异,但系统发育和遗 传进化分析表明, 细菌是通过相 对较少的几种分泌机制将这些蛋 白分泌出去的。
T3SS可以将病原菌效应蛋白直接注入宿主细胞中。最初T3SS只 是在少数的致病菌中发现，后来在人类、动物甚至植物的共生菌或 益生菌中都有发现。
近几年在 T3SS的结 构、装配以及致病机 理的研究上取得巨大 的进展。研究T3SS 的装配不仅有助于探 索病原菌的致病机制， 还对研究细胞器装配 和蛋白分泌有很大的 帮助。
Ⅲ 型分泌系统可释放几种效应蛋白 , 刺激宿 主细胞的信号转导途径 , 导致一系列的细胞效 应。
Ⅲ型分泌系统分泌蛋白的分泌信号不依赖于信号肽 , 而是通过其他途径。诸如 mRNA的 5’端、分泌蛋 白的 N端、分泌前分泌蛋白与相应的伴侣分子结合 等情况。其中与伴侣分子结合则是确保分泌前的稳 定性和有效分泌的主要环节。
与分子伴侣结合分泌蛋白的转运过程
另外 , 该系统通常在细菌与宿主细 胞接触之后启动 , 并且分泌产物能 够注入细胞 , 从而影响宿主细胞的 信号活动 , 以利于细菌的入侵。