Выбранный белок - субъединица 1 коклюшного токсина (Pertussis toxin subunit 1). Выделен из Bordetella pertussis, неспорообразующей аэробной грамотрицательной бактерии, которая является возбудителем коклюша.
Эта субъединица является ATP-рибозилтрансферазой. Когда PT попадает в клетку, он активируется, происходит ATP-рибозилирование альфа-субъединицы G-белка (вторичный посредник в сигнальных каскадах)[1]. Таким образом G-белок деактивируется, что способствует нарушению клеточной регуляции[2].
Белок состоит из 269 аминокислотных остатков, имеет массу 29974 Да. Существует несколько записей PDB с участием этой субъединицы (4): целостный белок PTx (2.70 Å), его взаимодействие с ATP (2.90 Å), с олигосахаридом (3.50 Å) и генетически измененный PTx, не являющийся токсичным (2.13 Å).
В кластерах UniRef100_P04977, UniRef90_P04977 и UniRef50_P04977 содержится 3, 30 и 32 белка соответственно. В пределах кластера UniRef50 входят белки организмов одного рода Bordetella, однако PTxA встречается среди других таксонов: существует 58 записей об этой субъединице в организмах вне рода Bordetella, например, в E.coli.
PTxA входит с семейство белков Ecotoxin subunit A, туда же входят гомологи PTxA, входящие в род Bordetella, а также белок ADP- ribosylating toxin CARDS, выделенный из Mycoplasma pneumoniae.
PTxA принадлежит протеому бактерии Bordetella pertussis, для анализа был выбран референсный (ID:UP000002676). В качестве контроля взят референсный протеом Bordetella hinzii (ID:UP000036382). Несмотря на то, что оба организма входят в один род (в котором все виды патогенны) и их протеомы скорее всего будут очень схожи, однако интересно отметить возможные различия между ними. Например, Bordetella hinzii имеют перитрихальное[3] расположение жгутиков, они распределены равномерно по поверхности клетки, тогда как Bordetella pertussis с самого ее открытия и описания считалась неподвижной. Однако, статья[4] 2019 года отмечает, что на самом деле у этой бактерии могут быть жгутики, так как в геноме находятся все необходимые гены для их синтеза. Однако их экспрессия определяется рядом факторов, в т.ч. средой.
Команды для скачивания протеомов:
wget 'https://www.uniprot.org/uniprot/?query=proteome:UP000036382&format=txt&compress=yes' -O ../pr8/UP000036382.swiss.gz
wget 'https://www.uniprot.org/uniprot/?query=proteome:UP000002676&format=txt&compress=yes' -O ../pr8/UP000002676.swiss.gz
Сравнение двух протеомов приведено в таблице 1. Можно заметить, что в протеоме B. hanzii большая доля приходится на ферменты, и как следствие из этого - на оксидоредуктазы. Возможно, это связано с тем, что механизм инфицирования клеток еще более сложен, чем у B. pertussis, например, у B. hinzii всего две записи в протеоме о белках-токсинах, тогда как в протеоме B. pertussis - 8, что может говорить о том, что она воздействует на клетки поражения несколько другими способами.
Что касается жгутиков, то в протеоме и правда нашлось под 40 белков, как-либо связанных с жгутиком (или синтезируют, или являются компонентом), поэтому у B. pertussis есть все необходимые белки для того, чтобы иметь жгутики.
| Bordetella pertussis | Bordetella hinzii | |||
|---|---|---|---|---|
| количество | доля, % | количество | доля, % | |
| общее кол-во | 3258 | 4557 | ||
| трансмембранные | 596 | 18,3 | 776 | 17,0 |
| ферменты | 769 | 23,6 | 1693 | 37,15 |
| оксидоредуктазы | 134 | 4,1 | 414 | 9,1 |
| flagellum | 37 | 1,2 | 44 | 1,0 |
Запросы:
Трансмембранные белки:
annotation:(type:transmem) AND organism:"Bordetella pertussis (strain Tohama I / ATCC BAA-589 / NCTC 13251) [257313]" AND proteome:up000002676
annotation:(type:transmem) AND organism:"Bordetella hinzii [103855]" AND proteome:up000036382
Ферменты:
ec:* AND organism:"Bordetella pertussis (strain Tohama I / ATCC BAA-589 / NCTC 13251) [257313]" AND proteome:up000002676
ec:* AND organism:"Bordetella hinzii [103855]" AND proteome:up000036382
Оксидоредуктазы:
ec:1.-.-.- AND organism:"Bordetella pertussis (strain Tohama I / ATCC BAA-589 / NCTC 13251) [257313]" AND proteome:up000002676
ec:1.-.-.- AND organism:"Bordetella hinzii [103855]" AND proteome:up000036382
Flagellum в ключевых словах:
keyword:flagellum AND organism:"Bordetella pertussis (strain Tohama I / ATCC BAA-589 / NCTC 13251) [257313]" AND proteome:up000002676
keyword:flagellum AND organism:"Bordetella hinzii [103855]" AND proteome:up000036382
Используя следующий конвейер команд:
zcat UP000002676.swiss.gz | seqret -filter 'swiss::stdin:*[1:1]' | grep -v '^>' | sort | uniq -c
или zcat UP000002676.swiss.gz | grep '^SQ' -A1 | grep -v '^SQ' | tr -d ' ' | grep -v '^M' | grep -v '^-' | less (то же для UP000036382)
можно заметить, что у B. hinzii все последовательности начинаются с метионина (4557 M), тогда как у B. pertussis есть 6 белков, которые начинаются с других аминокислот (аспарагиновая кислота, лизин, пролин, аргинин, треонин, валин), остальные 3252 последовательности начинаются с M (см. таблицу 2). Можно посмотреть информацию об этих последовательностях с помощью команд:
zcat UP000002676.swiss.gz | seqret -filter 'swiss::stdin:*[1:1]' | grep -v '^M' | grep -v '^>' -B1 | grep '^>' | tr -d '>' | less
Они являются только фрагментами последовательности, что объясняет отсутствие метионина в начале: части последовательности нет в ее начале (см. таблицу 3).
| а.к. | B. pertussis | B. hinzii |
|---|---|---|
| D | 1 | 0 |
| K | 1 | 0 |
| M | 3252 | 4557 |
| P | 1 | 0 |
| R | 1 | 0 |
| T | 1 | 0 |
| V | 1 | 0 |
| Q7VZD7_BORPE Q7VZD7 (Transposase for IS1663 {ECO:0000313|EMBL:CAE41280.1}) (Fragment) |
|---|
| Q7VXS5_BORPE Q7VXS5 (Uncharacterized protein {ECO:0000313|EMBL:CAE41950.1}) (Fragment) |
| Q7VWT1_BORPE Q7VWT1 (Putative oxidoreductase {ECO:0000313|EMBL:CAE42390.1}) (Fragment) |
| Q7VXB7_BORPE Q7VXB7 (Transposase (Partial) {ECO:0000313|EMBL:CAE42154.1}) (Fragment) |
| Q7W0N6_BORPE Q7W0N6 (Putative transposase (Partial) {ECO:0000313|EMBL:CAE40441.1}) (Fragment) |
| Q7VUP0_BORPE Q7VUP0 (Putative membrane protein {ECO:0000313|EMBL:CAE43307.1}) (Fragment) |
1 - Plaut RD, Carbonetti NH (May 2008). "Retrograde transport of pertussis toxin in the mammalian cell". Cell. Microbiol. 10 (5): 1130–9. doi:10.1111/j.1462-5822.2007.01115.x. PMID 18201245. S2CID 22900943.
2 - Locht C, Antoine R (1995). "A proposed mechanism of ADP-ribosylation catalyzed by the pertussis toxin S1 subunit". Biochimie. 77 (5): 333–40. doi:10.1016/0300-9084(96)88143-0. PMID 8527486.
3 - VANDAMME, P.; HOMMEZ, J.; VANCANNEYT, M.; MONSIEURS, M.; HOSTE, B.; COOKSON, B.; WIRSING VON KONIG, C. H.; KERSTERS, K.; BLACKALL, P. J. (1995). Bordetella hinzii sp. nov., Isolated from Poultry and Humans. International Journal of Systematic Bacteriology, 45(1), 37–45. doi:10.1099/00207713-45-1-37
4 - Hoffman, Casandra L.; Gonyar, Laura A.; Zacca, Federico; Sisti, Federico; Fernandez, Julieta; Wong, Ting; Damron, F. Heath; Hewlett, Erik L.; Parkhill, Julian (2019). Bordetella pertussis Can Be Motile and Express Flagellum-Like Structures. mBio, 10(3). doi:10.1128/mBio.00787-19