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Jul 26, 2023

GSDMB 기공 형성 및 IpaH7.8에 의한 표적화에 대한 구조적 기초

자연 616권, 페이지

Nature 616권, 590~597페이지(2023)이 기사 인용

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가스더민(GSDM)은 파이롭토시스1,2를 통해 숙주 방어에 중요한 역할을 하는 기공 형성 단백질입니다. GSDM 중에서 GSDMB는 독특한 지질 결합 프로필과 발열 가능성에 대한 합의가 부족하다는 점에서 독특합니다3,4,5,6,7. 최근 GSDMB는 기공 형성 활성을 통해 직접적인 살균 활성을 나타내는 것으로 나타났습니다4. 세포 내 인간에 적응된 장병원체인 Shigella는 GSDMB4의 유비퀴틴화 의존성 프로테아좀 분해를 유발하는 독성 이펙터인 IpaH7.8을 분비하여 GSDMB 매개 숙주 방어를 회피합니다. 여기에서는 Shigella IpaH7.8 및 GSDMB 기공과 복합체를 이루는 인간 GSDMB의 극저온 전자 현미경 구조를 보고합니다. GSDMB-IpaH7.8 복합체의 구조는 IpaH7.8에 의해 인식되는 구조 결정 인자로서 GSDMB의 음전하를 띠는 3개의 잔기 모티프를 식별합니다. 마우스가 아닌 인간 GSDMD에는 이 보존된 모티프가 포함되어 있어 IpaH7.8의 종 특이성을 설명합니다. GSDMB 기공 구조는 GSDMB 기공 형성의 조절자로서 GSDMB의 대체 스플라이싱 조절 도메인 간 링커를 보여줍니다. 정식 도메인 간 링커가 있는 GSDMB 이소형은 정상적인 발열 활성을 나타내는 반면, 다른 이소형은 약화된 발열 활성을 나타내거나 전혀 발열 활성을 나타내지 않습니다. 전반적으로, 이 연구는 Shigella IpaH7.8 인식 및 GSDM 표적화의 분자 메커니즘을 밝히고 파이롭토시스 활성에 중요한 GSDMB의 구조 결정자를 보여줍니다.

가스더민(GSDM) 단백질은 N 말단 기공 형성 도메인(GSDM-N), C 말단 자가 억제 도메인(GSDM-C) 및 도메인 간 링커로 구성됩니다7,8,9,10,11,12,13,14 ,15. 인간 GSDMB에는 도메인 간 링커가 다양한 여러 개의 스플라이싱 이소형(isoform 1-6, Q8TAX9, UniProt)이 있습니다. Isoform 1, 4 및 6은 '표준' 도메인 간 링커를 포함하는 반면 isoform 2와 3은 잘린 링커를 포함하고 isoform 5는 C 말단 도메인으로만 구성됩니다. GSDMB가 파이롭토시스를 유발하는지 여부는 여전히 논란의 여지가 있지만, 최근 연구에 따르면 GSDMB는 우선적으로 박테리아 막을 표적으로 삼고 미생물 성장을 제한하며 감염 중에 직접 확산되는 것으로 나타났습니다4,13. 그러나 이 과정은 분비된 이펙터 단백질인 IpaH7.8(참고 4)을 통해 급성 위장염을 유발하는 전염성이 높은 그람 음성 박테리아인 Shigella에 의해 전복됩니다. 놀랍게도 IpaH7.8은 GSDMB 외에도 GSDMD도 바인딩합니다. 그러나 IpaH7.8은 인간만 유비퀴틴화하지만 마우스 GSDMD18은 유비퀴틴화하지 않습니다. 이는 인간과 인간이 아닌 영장류가 Shigella의 자연 저장소인 반면 마우스는 그렇지 않다는 사실과 관련이 있을 수 있습니다19. GSDMB가 파이롭토시스를 유발하는 데 있어 다른 GSDM과 뚜렷이 다르게 기능하는 이유와 GSDMB와 인간 GSDMD가 Shigella IpaH7.8에 의해 구체적으로 인식되는 방식에 대한 분자 메커니즘은 알려져 있지 않습니다.

Shigella IpaH7.8이 GSDMB를 인식하는 방법을 이해하기 위해 Shigella flexneri IpaH7.8과 복합체를 형성한 인간 GSDMB(isoform 1, Q8TAX9-1)의 극저온 전자 현미경(cryo-EM) 구조를 전체 분해능 3.8Å에서 결정했습니다. (확장 데이터 그림 1 및 확장 데이터 표 1). 구조는 GSDMB-N에 결합하는 IpaH7.8-LRR 도메인과 1:1 복합체를 보여줍니다(그림 1a,b). IpaH7.8-LRR은 2개의 N 말단 α 나선(α1 및 α2)과 C 말단 α4 나선으로 둘러싸인 9개의 LRR 모티프와 β를 직접적으로 증가시키는 평행 β10 가닥을 포함하는 약간 구부러진 솔레노이드 구조로 구성됩니다. -LRR 시트(그림 1c). IpaH7.8-LRR의 전체 아키텍처는 이전에 보고된 IpaH1.4 및 IpaH3의 LRR 도메인 구조와 매우 유사합니다(참조 20,21)(그림 1d). IpaH7.8 C 말단 NEL 도메인의 밀도는 아마도 복합체의 유연성으로 인해 지도에 표시되지 않으며 GSDMB4에서 여러 라이신의 유비퀴틴화를 허용합니다(확장 데이터 그림 1c).

a, IpaH7.8 및 GSDMB의 도메인 구성표. 도메인 경계에는 레이블이 지정되어 있습니다. b, 두 가지 관점에서 GSDMB-IpaH7.8 컴플렉스의 전체 구조. IpaH7.8의 LRR 도메인과 GSDMB-N- 및 -C- 말단 도메인은 a와 같이 표시됩니다. c, IpaH7.8-LRR 도메인의 구조를 보여주는 리본 다이어그램. d, IpaH1.4(노란색, PDB: 7V8H) 및 IpaH3(청록색, PDB: 3CVR) LRR 도메인에 IpaH7.8-LRR(연어)의 중첩. e, GSDMB의 전체 구조(왼쪽) 및 GSDMB와 마우스 GSDMA3(PDB: 5B5R) 구조의 중첩(오른쪽). 마우스 GSDMA3의 β4 가닥은 GSDMB 구조에서 관찰되지 않습니다. GSDMA3 N- 및 C-말단 도메인은 각각 갈색과 회색으로 표시됩니다. f, GSDMB-N-말단 α4 나선과 GSDMB-C 사이의 인터페이스 확대 보기. GSDMB-C는 정전기 전위로 표시되고 GSDMB-N 말단 α4 나선은 만화로 표시되며 상호 작용에 관련된 소수성 잔기는 막대로 표시됩니다. NT, N-말단 도메인; CT, C 말단 도메인.