VI型分泌システム

VI型分泌システム（T6SS）は、細菌の分泌システム、膜タンパク質複合体の1つであり、さまざまなグラム陰性細菌がエフェクターを輸送するために使用します。エフェクターは細菌細胞の内部から膜を越えて隣接する標的細胞に移動します。T6SSは2006年にコレラの原因物質であるコレラ菌を研究する研究者によって発見されたとよく報告されていますが、T6SS遺伝子がタンパク質輸出装置をコードすることを実証した最初の研究は、実際には2004年に魚類病原体エドワーズィエラ・タルダによるタンパク質分泌の研究で発表されました。^{[1] [2] [3]}

それ以来、動物、植物、ヒトの病原体、土壌、環境、海洋細菌など、病原性および非病原性のプロテオバクテリアゲノムの少なくとも4分の1がT6SSをコードしていると推定されています。 ^{[4] [5] [6] [7] T6SSをコードする遺伝子は染色体中によく見られますが、}可動性遺伝要素やプラスミドに存在し、それらの移動や遺伝的多様性の増加を媒介することもあります。^{[8] [9]} VI型分泌に関する初期の研究のほとんどは、高等生物の病原性における役割に焦点を当てていましたが、現在では主に細菌間の拮抗作用で機能することがわかっています。^[3]研究では、T6SSがマンガンや鉄などの必須金属を周囲の環境から獲得する役割を果たしていることも示されています。この能力により、細菌はこれらの栄養素をめぐってライバルに打ち勝ち、関連する細菌細胞との協力を促進することができます。これは、T6SSが協力と競争のバランスをとることで微生物群集の安定性を維持する上で重要な役割を果たしていることを示唆しています。^{[4] [6]}

T6SSは、細菌細胞表面から外側に伸びる反転したファージに似ていると考えられています。これは、ファージの尾のような管、ファージのベースプレートのような構造、および細胞エンベロープを貫通する膜複合体の3つのサブ複合体に組み立てられた14個のタンパク質で構成されています。これらの3つのサブ複合体は、収縮メカニズムを介して細菌細胞エンベロープを越えてタンパク質を標的細胞に輸送するために連携して機能します^[10]

T6SS のファージ尾部のような構成要素は、組み立てと分解を繰り返す動的な管状構造です。長さは最大 600 nm で、電子顕微鏡写真では細菌の細胞質全体に広がっている様子が観察されています。^[11]管状構造は、タンパク質 TssA と TssB (VipA/VipB) の繰り返し単位で構成され、溶血素共調節タンパク質 (Hcp) の六量体リングが積み重ねられた管の周囲に鞘として配置されています。^{[12] [13]} Hcp 管の先端には、ファージ尾部のスパイク状タンパク質 VgrG の三量体があり、さらに尖った PAAR ドメイン含有タンパク質で覆われています。^[14]鞘の収縮により、Hcp 管、VgrG、および関連する基質が細菌細胞の外に押し出され、VgrG/PAAR スパイクが隣接細胞の膜への浸透を促進すると考えられています。尿細管構造は尿細管基部にあるATP分解タンパク質ClpVの作用によって解体される。^[13]

T6SSのファージ尾部様管は、バクテリオファージのベースプレートに類似した構造上に組み立てられる。これは、TssE、TssF、TssG、およびTssKタンパク質から構成される。ベースプレートとファージ尾部様複合体は細菌細胞質内で相互作用し、その後膜複合体によって細胞エンベロープにリクルートされる。^[10]

T6SS膜複合体は、装置を細胞膜に固定する役割を担い、ファージ尾部のような管の収縮によって基質が推進されるチャネルを提供します。^[10]この大きな（1.7 md）複合体は、TssJ、TssM、およびTssLを含むヘテロ三量体の10個の相互作用ユニットから形成されます。これは、グラム陰性細菌細胞エンベロープの内膜から外膜まで広がり、独特の虹彩のようなメカニズムで開閉するチャネルを形成すると考えられています。^[15]

他の分泌システム（一般分泌経路や分泌システム III および IV など）の基質とは異なり、T6SS の基質には普遍的に識別できる特徴がないことが知られています。代わりに、それらは装置の 2 つの構造コンポーネントのいずれかを介して認識され、分泌のために選択されます。基質の 1 つのクラスは、溶血素共調節タンパク質 (Hcp) ヘキサマーの細孔内に結合します。^[16]この相互作用がない場合、基質は不安定であるため、Hcp が基質が通過する受動的な管として機能するのではなく、基質-Hcp 複合体が一緒に分泌されると考えられています。2 番目のクラスの基質のメンバーは、ファージ尾部のスパイク状タンパク質 VgrG との相互作用を介して分泌の標的となります。これらの基質は、多くの場合、Rhs 毒素などのモジュール型タンパク質であり、片方の端に VgrG と相互作用するための PAAR ドメインを持っています。^[5] VgrG と基質の両方が同じタンパク質の一部である場合もあります。^[要出典]

T6SS の祖先の機能は細菌を標的とすることのようですが、真核細胞を標的とするように進化したシステムがいくつか特定されています。一般に、これらの真核生物を標的とするシステムは、病気の原因に関係しています。たとえば、細胞内病原体である野兎病菌は、ファゴソームから逃れてマクロファージの細胞質で複製するために、T6SS の活性を必要とします。^{[17]分泌タンパク質が}野兎病菌の毒性を促進するメカニズムはまだわかっていません。コレラ菌の T6SS は、細菌細胞と真核細胞の両方を標的とすることができるという二重の役割を持っています。^[18]少なくとも 1 つの分泌基質は、真核細胞を標的とするように特化しており、細胞骨格タンパク質アクチンを架橋することによって機能します。^[19] Burkholderia pseudomalleiとEdwardsiella tarda は、真核生物を標的とすることに特化した T6SS を持つ他の 2 つの生物です。植物病原菌Xanthomonas citriのT6SSは、捕食性アメーバDictyostelium discoideumから植物病原菌を保護する。^[20]

広範囲のグラム陰性細菌が抗菌性T6SSを有することが示されているが、これには緑膿菌^[21]などの日和見病原体、ヒトの腸内に生息する絶対共生種（バクテロイデス属）^{[22] 、}アグロバクテリウム・ツメファシエンス^[23]などの植物関連細菌が含まれる。これらのシステムは、分泌基質の機能を介して抗菌活性を発揮する。^[3]特徴付けられた細菌標的T6SSタンパク質はすべて、標的細胞を殺すかその増殖を防ぐことで毒素として作用する。T6SS基質が標的細胞に対して示す毒性のメカニズムは多様であるが、典型的には、アミダーゼまたはグリコヒドロラーゼ活性による細胞壁の分解、リパーゼ活性または孔形成による細胞膜の破壊、DNAの切断、および必須代謝物NAD +の分解を含む、高度に保存された細菌構造の標的化が関与する。^{[3] [24]} T6SS陽性細菌種は、分泌された毒素ごとに特異的な免疫タンパク質を産生することにより、自己および血縁細胞に対するT6SS媒介中毒を防ぐ。免疫タンパク質は、多くの場合、毒素タンパク質の活性部位に結合してその活性を阻害することによって機能する。^{[25] [3]}

2成分系によるT6SSの調節に関する研究も行われている。P . aeruginosaでは、GacS/Rsm 2成分系がVI型分泌系の調節に関与していることが観察されている。この系はRsm小調節RNA分子の発現を調節し、バイオフィルム形成にも関与している。GacS/Rsm経路が刺激されると、Rsm分子が増加し、mRNA結合タンパク質RsmAの阻害につながる。RsmAは、T6SS遺伝子発現のリボソーム結合部位付近の配列に結合する翻訳阻害剤である。このレベルの調節は、 P. fluorescensおよびP. syringaeでも観察されている。^{[26] [27]}

クオラムセンシングがT6SS を制御する例は様々あります。コレラ菌のT6SS 研究では、血清型O37でvas遺伝子の発現が高いことが観察されています。一方、血清型 O139 と O1 ではその逆で、vas遺伝子の発現が著しく低いことが示されています。発現の違いはクオラムセンシングレベルの差に起因することが示唆されています。コレラ菌では、オートインデューサー 1 (AI-1) シグナルがセンサーキナーゼの LuxQ によって検出されます。LuxQ は LuxU を活性化し、次に LuxU はHapR遺伝子の発現を抑制する DNA 結合タンパク質の LuxO に作用します。HapR は LuxO の欠失によってvas遺伝子の発現が強く誘導され、その結果 T6SS の発現が誘導されることから、T6SS が何らかの形でクオラムセンシングによって制御されていることが実証されています。^[28]しかし、LuxOを欠失したO1株はO37株と比較してT6SSが比較的静止しており、追加の因子も関与していることを示唆している。^[29]

• 2成分調節システム

• セルプレス:細菌細胞間相互作用中のタイプVI分泌反撃