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| プロテアーゼ7 | |||||||
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 PyMOLで視覚化されたOmpTの結晶構造、側面図と上空図（PDB：1I78 ）。[1] | |||||||
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| 生物 | |||||||
| シンボル | オムプ | ||||||
| ユニプロット | P09169 | ||||||
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| 外膜プロテアーゼ、プラスミド F | |||||||
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| 識別子 | |||||||
| 生物 | |||||||
| シンボル | オムプ | ||||||
| ユニプロット | P34210 | ||||||
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OmpTは大腸菌の外膜に存在するアスパラギン酸プロテアーゼである。OmpTはグラム陰性細菌種に見られるオムプチンプロテアーゼファミリーのサブタイプである。 [2]
構造
OmpTは、5つの細胞外ループでつながれた10本の反平行鎖からなる33.5kDaの外膜タンパク質です。反平行鎖は膜の幅に渡るベータバレル構造を形成し、孔を形成します。 [1]
大腸菌のオムプチンは、染色体上のOmpT遺伝子（DLP12プロファージの一部）またはプラスミド上のOmpP遺伝子（OmpP）のいずれかからコードされます。これら2つのソースから得られる配列は、成熟プロテアーゼにおいて24～25％異なります。[3]
OmpTと他のオムプチンファミリーのメンバーとの遺伝的差異は細胞外ループに見られ、したがってこの領域は基質特異性と関連していると考えられています。[2]また、バレルは比較的硬いのに対し、ループはさまざまなサイズの基質に結合するために柔軟性があります。[4]
機構
OmpTはもともとセリンプロテアーゼであると考えられていましたが、その切断メカニズムからアスパルチルプロテアーゼとしてよりよく特徴付けられています。[1]
OmpT の基質は負に帯電したアスパラギン酸およびグルタミン酸残基に結合するため、プロテアーゼの活性部位は陰イオン性です。これにより、OmpT は 2 つの基本 (正に帯電した) 残基間のペプチドを選択的に切断します。OmpT の活性部位は他のオムプチンと類似しており、Asp84、Asp86、Asp206、および His208 の保存された残基によって特徴付けられます。 [5] OmpT による最も一般的な結合切断は 2 つのアルギニン残基間です。これは、基質結合中に、アルギニン残基の正電荷が活性部位の負に帯電した種と有利に相互作用できるためです。[6]
活性部位の特異性のため、OmpTは切断可能な結合に隣接する負に帯電した残基を持つペプチドには作用しない。[7]また、OmpTはN末端またはC末端でペプチドを切断せず、非末端アミノ酸間でのみ切断するため、エンドペプチダーゼとして特異的に同定されている。 [8]
ペプチド結合の切断は、隣接する2つのアミノ酸残基間のカルボニルに対する水の求核攻撃によって起こります。水は細胞内表面からプロテアーゼに入り、Asp83とHis212によって安定化されます。 [4]ペプチド切断に伴うプロトン移動の間、負に帯電したアスパラギン酸残基は正に帯電したヒスチジンを安定化します。[1]この位置にドッキングすると、水は活性部位のペプチドを攻撃するように配置されます。
OmpTによるペプチド結合の切断は、結合したリポ多糖（LPS）の存在にも依存する。LPSが存在しない場合、ペプチドは活性部位内で深く結合しすぎて、水は切断可能な結合の求核攻撃に必要なカルボニルに到達できない。[5]
生物学的機能と疾患との関連性
大腸菌では、OmpTは細菌が遭遇する外来ペプチド物質を分解するハウスキーピングプロテアーゼです。[9]周囲の環境に存在するペプチドを切断する能力があるため、OmpTはいくつかの病理と関連しています。
尿路感染症
尿路感染症（UTI）は、大腸菌が尿道に入り込んで定着することで起こることが多い。宿主の免疫系は、感染と戦うためにプロタミンやその他の抗菌剤を放出するが、OmpTは陽イオン性プロタミンペプチドを容易に分解するため、感染リスクが高まる。 [10] OmpTと他のUTI媒介因子（ kpsMT、cnf1、prf、 sfaなど）の間には遺伝的関連があるが、これらのタンパク質間の機能的関連は十分に定義されていない。[11]
腸内コロニー形成と敗血症
腸管出血性大腸菌（EHEC）と腸管病原性大腸菌（EPEC）は、OmpTに依存して宿主の腸内で定着する病原体です。腸内に大腸菌が存在すると、宿主は自然免疫反応の一環として抗菌ペプチドを放出します。OmpTはこれらの抗菌剤を分解して不活性化できるため、EHECとEPECは宿主の大腸または小腸内で定着し、重篤な下痢性疾患を引き起こす可能性があります。[12]
敗血症の場合、宿主は血液凝固系を活性化してフィブリンを沈着させ、血液中の細菌の拡散を制限します。しかし、OmpTは組織因子経路阻害剤（TFPI）を不活性化し、宿主の免疫反応を阻害し、腸管外大腸菌感染の拡大をさらに永続させます。[13]
OmpTの進化した自殺行動
ゼブラフィッシュでは、ZF-RNase-3（A5HAK0）は、活性化されて殺菌機能を果たすためには、プロテアーゼ（OmpTなど）によって切断されなければならない。[14]この進化した自殺メカニズムを通じて、RNaseは細菌標的の存在下でのみ切断されるため、自身の活性化を媒介する。
その他のアプリケーション
OmpTは基質特異性により関連する一次配列を持つタンパク質を区別できるため、質量分析に基づくプロテオミクスに使用できる潜在的なプローブとして特定されています。 [15]
参考文献
- ^ abcde Vandeputte-Rutten L、Kramer RA、Kroon J、Dekker N、Egmond MR、Gros P (2001 年 9 月)。 「大腸菌由来の外膜プロテアーゼOmpTの結晶構造は、新規の触媒部位を示唆している。」エンボ J . 20 (18): 5033–9。土井：10.1093/emboj/20.18.5033。PMC 125623。PMID 11566868。
- ^ ab Yun TH、Morrissey JH (2009 年 10 月)。「ポリリン酸とオムプチン: 細菌の新規凝血促進剤」。J . Cell. Mol. Med . 13 (10): 4146–53. doi :10.1111/j.1582-4934.2009.00884.x. PMC 2891932. PMID 19725923 。
- ^ ハイコ J、ラーコネン L、ジューティ K、カルッキネン N、コルホネン TK (2010 年 9 月)。 「エルシニア ペスティスとサルモネラ エンテリカのオムプチンは、プラスミノーゲン アクティベーター インヒビター 1 の反応性中心ループを切断します。」Ｊ．バクテリオール．192 (18): 4553–61。土井：10.1128/JB.00458-10。PMC 2937412。PMID 20639337。
- ^ ab Baaden M, Sansom MS (2004 年 11 月). 「OmpT: 外膜酵素の分子動力学シミュレーション」. Biophys. J. 87 ( 5): 2942–53. Bibcode :2004BpJ....87.2942B. doi :10.1529/biophysj.104.046987. PMC 1304768. PMID 15315948 .
- ^ ab Eren E, van den Berg B (2012年7月). 「リポ多糖による膜貫通型プロテアーゼの活性化の構造的基礎」J. Biol. Chem . 287 (28): 23971–6. doi : 10.1074 /jbc.M112.376418 . PMC 3390672. PMID 22645135.
- ^ Hwang BY、Varadarajan N、Li H、Rodriguez S、Iverson BL、Georgiou G (2007 年 1 月)。「大腸菌外膜プロテアーゼ OmpP の基質特異性」。J . Bacteriol . 189 (2): 522–30. doi :10.1128/JB.01493-06. PMC 1797397. PMID 17085556 .
- ^ Dekker N、Cox RC、 Kramer RA、Egmond MR (2001 年 2 月)。「空間的にアドレス指定されたペプチド ライブラリによって決定された膜貫通型プロテアーゼ OmpT の基質特異性」。生化学。40 (6): 1694–701。doi :10.1021/bi0014195。PMID 11327829 。
- ^ Sugimura K, Nishihara T (1988年12月). 「塩基性残基対に特異性を持つ大腸菌プロテアーゼVIIの精製、特性評価、および一次構造：プロテアーゼVIIとOmpTの同一性」J. Bacteriol . 170 (12): 5625–32. doi :10.1128/jb.170.12.5625-5632.1988. PMC 211661. PMID 3056908 .
- ^ Haiko J、Suomalainen M、Ojala T、Lähteenmäki K、Korhonen TK (2009 年 4 月)。 「招待状レビュー: 障壁の破壊 - 腸内細菌性病原体のオンプチン表面プロテアーゼによる自然免疫防御への攻撃」。自然免疫。15 (2):67-80。土井: 10.1177/1753425909102559。PMID 19318417。
- ^ Stumpe S、Schmid R、Stephens DL、Georgiou G、Bakker EP (1998 年 8 月)。「大腸菌の成長細胞に入る前に抗菌ペプチドプロタミンを加水分解するプロテアーゼとしての OmpT の特定」。J . Bacteriol . 180 (15): 4002–6. doi :10.1128/JB.180.15.4002-4006.1998. PMC 107389. PMID 9683502 。
- ^ Foxman B、Zhang L、Palin K、Tallman P、Marrs CF (1995 年 6 月)。「初回尿路感染症から分離された大腸菌の細菌毒性特性」。J . Infect. Dis . 171 (6): 1514–21. doi :10.1093/infdis/171.6.1514. PMID 7769286。
- ^ Thomassin JL、Brannon JR、Gibbs BF、Gruenheid S、Le Moual H (2012 年 2 月)。「腸管出血性および腸管病原性大腸菌の OmpT 外膜プロテアーゼは、ヒト LL-37 の分解に異なる形で寄与する」。Infect . Immun . 80 (2): 483–92. doi :10.1128/IAI.05674-11. PMC 3264287. PMID 22144482 。
- ^ Yun TH、Cott JE、Tapping RI、 Slauch JM、Morrissey JH（2009年1月） 。 「細菌 性オムプチンによる組織因子経路阻害剤のタンパク質分解不活性化」。Blood。113 （ 5）：1139–48。doi ：10.1182/ blood -2008-05-157180。PMC 2635079。PMID 18988866。
- ^ Zanfardino A、Pizzo E、Di Maro A、Varcamonti M、D'Alessio G (2010 年 4 月)。「ZF-RNase-3 の大腸菌に対する殺菌作用は、細菌 OmpT プロテアーゼの自殺作用によって引き起こされる」。FEBS J. 277 ( 8): 1921–8. doi : 10.1111/j.1742-4658.2010.07614.x . PMID 20214681. S2CID 212827。
- ^ Wu C, Tran JC, Zamdborg L, et al. (2012年8月). 「ミドルダウンプロテオミクスのためのプロテアーゼ」Nat. Methods . 9 (8): 822–4. doi :10.1038/nmeth.2074. PMC 3430368. PMID 22706673 .