RopB転写調節因子

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RopB 転写制御因子
RopB 転写制御因子
	ropBの結晶構造
識別子
生物	化膿連鎖球菌
シンボル	rgg
代替記号	ロップB
エントレズ	46807574
ＰＤＢ	5DL2
RefSeq (Prot)	WP_002982409.1
ユニプロット	D3KVD8
その他のデータ
染色体	ゲノム: 1.78 - 1.78 Mb
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RopB転写調節因子は、 RopB/Rgg転写調節因子としても知られ、細胞外に分泌されるシステインプロテアーゼである連鎖球菌発熱性外毒素B（speBまたはストレプトパイン）の発現を調節する転写調節タンパク質です。これは、化膿連鎖球菌の重要な毒性因子であり、連鎖球菌性咽頭炎、伝染性膿痂疹、連鎖球菌性毒素性ショック症候群、壊死性筋膜炎、猩紅熱など、多くの感染症の蔓延に関与しています。^[2]機能研究では、ropB多重遺伝子レギュロンが毒性の全体的な調節だけでなく^[3]^[4]、ストレス応答、代謝機能、2成分シグナリングまで幅広い機能を担っていることが示唆されています。^[5]構造研究では、ropBの調節作用は、リーダーレスペプチドシグナルspeB誘導ペプチド（SIP）^[1]とpH感受性ヒスチジンスイッチとのクオラムセンシングを含む複雑な相互作用に依存していることが示唆されている。^[6]

発見

Streptococcus gordoniiの遺伝子間領域で逆位反復を持つ rgg 遺伝子に連続的に近接し、活性化される細胞外分泌グルコシルトランスフェラーゼ(gtfG)の観察は、 Streptococcus pyogenes間の相同性を研究するための基礎となりました。S . pyogenesも、転写制御の対象である speBプロテアーゼのすぐ隣に位置する rgg/ropB 遺伝子を共有しており、遺伝子間逆位反復を持っていることが発見されました。 ^[7] rgg/ropB と speB 分泌活性化の関連性は、ropB 挿入阻害によって確認され、その結果 speB 産生が減少しました。^[8]

構造

遺伝子の位置

ropB遺伝子の位置は、転写制御の対象であるspeBに直接かつ連続的に近接しており、speBは両者の間の941 bpの遺伝子間領域の下流に位置している。^[9] ropB遺伝子の転写には、高度に反復的な遺伝子間領域内の遺伝子自体の上流238～480 bpおよび最大800 bpまでの一連の配列内のプロモーターが必要であると思われる。 ^[10]

タンパク質結合部位

ropBタンパク質結合部位は、高度反復遺伝子間領域内にあるspeBプロモーター1 ^{[11]に隣接しているが、ropB遺伝子とspeB遺伝子は反対方向に転写される。speBプロモーター1の-10および-35領域は}コンセンサスが乏しい。これを改善するために、ropBは、回文逆反復領域内のポリUポリピリミジントラクトの助けを借りて、大腸菌の内因性終結と不思議なほどよく似た方法でRNAポリメラーゼ結合を助ける^[10]。

タンパク質ドメイン

N末端

N末端ドメインはアミノ酸1～56から構成され、DNA結合を担うアミノ末端であり、反対側の二量体のC末端ドメインとの結合における重要なメディエーターである。二量体インターフェースIIのI255側鎖はN末端に位置する。^[1]

C末端

C末端ドメインはropB-CTDとも呼ばれ、アミノ酸56～280からなるカルボキシ末端リガンド結合ドメインである。RopB-CTDには5つのTPRモチーフがあり、重合を誘導することなく、配列特異的な方法でSIP結合ポケットの最も内側の部分にあるSIPペプチドに結合します。^[6]

TPRドメイン

テトラトリコペプチド繰り返しドメインは、SIP 認識に必要な凹面を提供します。RopB-CTD には 5 つの積み重ねられた TPR モチーフがあり、それぞれが一対の反平行ヘリックスのセットを持ち、凹面の内部経路と凸面の外部の形成に役立ちます。認識部位のベースはアルファヘリックスα6 と α8 で構成され、支持壁はヘリックス α2 と α12 で構成されています。認識部位の外側部分はアスパラギンN152 と N192に挟まれており、ペプチドタンパク質複合体を支える尾根となっています。^[1]^[6]

二量体インターフェース

ropBの二量体界面は、N末端ドメインとC末端ドメインのα8 - α12ヘリックスの結合によって構築されます。さらに、3つの側鎖（C22、Y224、およびR226）から形成された界面I、1つの側鎖（I255）から形成された界面II、およびropBタンパク質サブユニットを一緒に二量体化する役割を果たすN末端ドメインがあります。^[1]

ペプチド結合ポケット

SIP ペプチド結合ポケットは、8 つのアミノ酸からなるリーダーレスペプチドシグナル、speB 誘導ペプチド (SIP) のドッキングステーションです。結合ポケットは、キャッピングヘリックスである C 末端の α12 ヘリックス、SIP側鎖と疎水性相互作用する TPR3 の α6 ヘリックス、および SIP を静電的に安定化する TPR 4 の α8 ヘリックスの 3 部構成です。pH レベルの変化により SIP と SIP 結合ポケット間の接着強度が変化し、酸性 pH レベルが 5.5 から 6.5 の間であれば接着が強化され、pH レベルが 7 から 9 の間であれば接着が弱まります。^[6]

ヒスチジンスイッチ

ropBタンパク質には構造上7つのヒスチジン（H12、H81、H93、H144、H265、H266、およびH277）が存在するが、ropBヒスチジンスイッチは主に機能的に関与する1つのヒスチジン（H144）で機能し、酸性条件下でH144に水素イオンが添加されると互いに接近するropB側鎖（Y176およびE185）と結合するのに都合よく配置されています。Nドメインに位置するヒスチジンは1つだけ（H12）で、残りはC末端ドメインにあります。^[6]

レギュロンの動態

Streptococcus pyogenes は、pH 感受性ヒスチジンスイッチをクオラムセンシング ropB タンパク質に移植することで、SIP シグナル伝達経路における遺伝子調節機構の絡み合った複合体を進化させました。合成的に誘導されたか、S. pyogenesの低い個体群密度によって自然に引き起こされたかにかかわらず、中性から塩基性の pH 条件では、SIP 結合ポケットドメイン内の関連する側鎖 (Y176、Y182、E185) と非プロトン化機能的関与ヒスチジン (H144) との相互作用が損なわれ、speB プロテアーゼ発現が阻害されます。一方、個体群密度が高い場合、細胞外 pH が低下して酸性度が増すため、S. pyogenes は非乳酸菌に比べて精巧な pH恒常性機能を持たず、そのため細胞内の細胞質pH レベルは細胞外レベルに似やすくなります。^[12]細胞質酸性化により SIP 経路が活性化され、SIP-ropB タンパク質複合体が形成され、SIP 産生が増加します。さらに、細胞質の酸性度が上昇すると、speBチモーゲン（speBz）が成熟したspeBプロテアーゼ（speBm）へと成熟し、そのタンパク質分解活性と毒性が劇的に増加します。^[6]

相同性

Rggファミリー

Rgg 様転写制御因子は、さまざまなグラム陽性細菌に見られます。ropB がS. pyogenesで speB プロテアーゼ産生を制御するのに対し、ほぼ同等の分泌制御メカニズムが、Rgg によるS. gordoniiでの gtfG グルコシルトランスフェラーゼ産生の制御、^[13] gadR によるLactococcus lactisでの耐酸性の制御、^[8] lasX によるLactobacillus sakeiでのランチビオティックラクトシン Sの発現の制御、^[10] mutR によるS. mutansでのミュータシンの制御に見られます。^[14]順に、これらの遺伝子はすべて、それぞれの制御対象に連続して局在し、逆方向反復領域に連続して局在するプロモーターを共有しています。

RRNPPファミリー

クオラムセンシング制御因子のRRNPPファミリー（Rap、NprR、PrgX、PlcRdタンパク質の略）の特性評価は、ropBとの比較に使用され、その構造的機能を仮定しました。バチルス由来のRapタンパク質は胞子形成を制御し、バチルス・チューリンゲンシスのNprRタンパク質は壊死栄養を制御し、PrgXタンパク質はエンテロコッカス・フェカリスの接合を制御し、PlcRタンパク質はバチルス・チューリンゲンシスとバチルス・セレウスの両方で毒性因子の転写を制御します。^[15]これらの各タンパク質とropBのTPRモチーフ上の保存されたアスパラギン残基に類似点が見られました。^[1]

クオラムセンシング

クオラムセンシングは、バシロタにおける様々な側面を制御しており、その中には肺炎球菌やS. pyogenesにおけるropB様タンパク質の産生も含まれています。^[16]細胞シグナル伝達機構のpH感受性の類似性は、肺炎球菌、S. mutans、^[6]および黄色ブドウ球菌でも確認されています。

pH感受性ヒスチジンスイッチ

Rgg様タンパク質のうち、 Streptococcus pyogenesのropBのpH感受性ヒスチジン（特にH144）と相互作用するアミノ酸（Y176、Y182、およびE185）が、S. porcinus、S. pseudoporcinus、S. salivarius、L. pentosus、L. aviaries、L. reuteri、およびE. faecalisを含むEnterococcus sp.で保存されていることが観察されています。 ^[6]したがって、他の多数の細菌で、遺伝子調節エフェクター分子とpH感受性ヒスチジンスイッチ複合体が使用されていることを示唆しています[アロステリック制御も参照]。

病因

RopB 調節 speB は、主要な毒性因子であり、連鎖球菌分泌物中で最も豊富な細胞外タンパク質である speB プロテアーゼの発現における重要な決定因子です。^[17] SpeB は、ヒト細胞外マトリックスを構成する宿主血清タンパク質と、その他の分泌された連鎖球菌タンパク質を含む細菌タンパク質を切断します。前述のように、これは、咽頭炎、伝染性膿痂疹、連鎖球菌性毒素性ショック症候群、壊死性筋膜炎、猩紅熱を含むがこれらに限定されない、多くの感染症の伝播に関与しています。^[2]したがって、speB の多くの機能経路と調節因子の不活性化の研究は、潜在的な新規治療法の開発において非常に重要です。

参照

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