Cry6Aa - Cry6Aa

Cry6Aa
Кристаллическая структура Cry6Aa toxin.gif
Схема белков токсина Cry6Aa
Идентификаторы
ОрганизмBacillus thuringiensis
СимволCry6Aa
UniProtQ45757

Cry6Aa это токсичный кристаллический белок, вырабатываемый семейством бактерий Bacillus thuringiensis в течение спороношение.[1] Этот белок является членом альфа токсины, образующие поры семья, которая дает это инсектицидный качества, полезные для борьбы с сельскохозяйственными вредителями. Каждый белок Cry имеет определенный уровень целевой специфичности; Cry6Aa обладает специфическим токсическим действием против жесткокрылые насекомые и нематоды. Соответствующие B. thuringiensis ген, cry6aa, находится на бактериальном плазмиды. Наряду с несколькими другими Cry белка гены cry6aa могут быть генетически рекомбинированы в Bt кукуруза и Bt хлопок поэтому растения производят определенные токсины. У насекомых развивается устойчивость к наиболее часто используемым белкам, таким как Cry1Ac.[2] Поскольку белки Cry6Aa функционируют иначе, чем другие белки Cry, они комбинируются с другими белками, чтобы уменьшить развитие устойчивости к вредителям. Недавние исследования показывают, что этот белок лучше работает в сочетании с другими факторы вирулентности такие как другие белки Cry и металлопротеиназы.[3][4]

Структура

Белки Cry6Aa не связаны с другими инсектицидными кристаллическими белками по первичной аминокислотной структуре; он является членом трехкомпонентного семейства гемолизина BL (TCDB ). Белок имеет палочковидную форму диаметром 25 Å и высотой 95 Å. Он содержит 475 остатков, не считая N-концевого хвоста.[5] Большинство белков Cry имеют 3 основных домена с функциональной гомологией между белками, домен I содержит альфа-спираль пучок, домен II состоит из трех антипараллельных бета-листы в Греческий ключ мотив, а домен III образует бета-сэндвич, ответственный за катализирование порообразования.[6] Однако Cry6Aa, девятивитковый белок, состоит из двудольных головных и хвостовых доменов, состоящих в основном из альфа-спиралей. Конформация вторичной структуры 71-72%. альфа спирали и 1-2% бета-листы в большинстве условий pH. Остальные области представляют собой изгибы, повороты или 3/10 спиралей.[7] Ядро, устойчивое к трипсину, состоит из длинных амфипатический альфа-спирали и топливо токсическая функция. Гидрофобные области спиралей взаимодействуют друг с другом, в то время как гидрофильные части подвергаются повышенному воздействию внешней среды. Некоторые спирали прерываются петлями, которые имеют переменное положение в структуре. Головной домен складывается по спирали и содержит группу бета-языка, которая может запускать порообразование. Между С-концевой областью и частью ядра существует прочная дисульфидная связь, которая не нарушается трипсин. Белок имеет структурное сходство с другими токсинами, включая гемолизин E и B. cereus токсины HlbB и NheA.[8] Никаких других членов семейства Cry, использующих структуру токсина альфа-поры, не обнаружено.

Механизм действия

Жесткокрылые

Cry6Aa обладает порообразующим действием, разрушающим кишечник насекомых. эпителиальные клетки. Большинство белков Cry имеют 3 домена, но Cry6Aa состоит в основном из альфа-спиралей, что указывает на различные методы встраивания в мембраны. Cry6Aa имеет домены каталитической головки, регулируемые гидрофобными остатками. Когда Cry6Aa впервые попадает в организм, он остается протоксином до тех пор, пока кишечные протеазы не расщепят белок на активные частицы. После активации бета-домен головки языка связывается с мембранами-мишенями на мембранных клетках щеточной каймы аналогично гемолизину E.[8][9] Типичные белки Cry усиливаются за счет взаимодействия с кадгерином, но рецепторы Cry6Aa остаются неизвестными. Экспериментальные данные предполагают, что белки встраиваются в мембрану и образуют олигомерные поры, но полный механизм не был установлен в 2016 году.[10]

Нематоды

Наличие Cry6Aa в нематоды запускает регулируемый некроз путь через аспарагиновая протеаза (АСП-1). Чтобы токсин активировался, он должен частично перевариваться в кишечнике организма после приема внутрь. Протеазы ASP-1 имеют высокую концентрацию в кишечных клетках нематод и защищают белки Cry6Aa от чрезмерной деградации во время активации. Они также являются членами катепсин семья и может переваривать лизосомы. Cry6Aa вызывает магний-зависимый аденилилциклаза /протеинкиназа А сигнальный путь, который высвобождает ионы кальция в клетку из инозитолтрифосфат ионные каналы. Ca2+ активирует Кальпаин, а цистеиновая протеаза, который продвигает лизосома разрыв. Лизосома далее переваривается ASP-1, что приводит к деградации клеток за счет цитозольного подкисления. Изменения апоптоз или аутофагия белки не влияют на действие Cry6Aa. Мутации в белках, необходимых для некроза, ингибируют Cry6Aa, но не другие белки Cry, обнаруживая редкий механизм в Cry6Aa. Некроз не способствует развитию клеток млекопитающих, поскольку они экспрессируют протеазы ASP-3 и ASP-4 с большей скоростью, чем ASP-1, что необходимо для токсического действия Cry6Aa. Клеточный рецептор Cry6Aa не идентифицирован.[11][12] Кроме того, нематоцидная активность усиливается металлопротеиназой Bmp1, которая разрушает стенку кишечных клеток организма. Это либо ускоряет смерть за счет потери функции кишечника, либо за счет увеличения перфорации клеточной стенки, что облегчает внедрение белка.[4]

Значение

сельское хозяйство

Для борьбы с растущей устойчивостью к вредителям Cry6Aa реализован в трансгенные растения потому что он по-разному поражает вредителей, повышая уязвимость. Перетасовка ДНК - это процесс отбора генов совместимых белков Cry для переноса в сельскохозяйственные культуры. Хотя сайт связывания Cry6Aa неизвестен, несколько сайтов были исключены, что позволило успешно суммировать белок Cry. Поскольку для выживания организм должен быть устойчивым к обоим экспрессированным белкам Cry, шансы на развитие и вертикальную передачу устойчивости ниже, что дает больше времени для исследований пестицидов. В 2013 году комбинированные трансгенные растения Cry6Aa и Cry3Aa были запатентованы для предотвращения устойчивости у западный кукурузный корень.[13] Кроме того, в Cry6Aa добавлен бинарный токсин Cry34Ab1 / Cry35Ab1.[9] Пирамидные белки Cry могут усиливать действие токсинов. Cry6Aa и Cry55Aa могут уменьшить размер выводка нематоды с корневым узлом. Meloidogyne incognita, но когда они объединены, эти два белка в пять раз более эффективны. Синергия между белками Cry происходит либо за счет улучшенной стыковки токсинов, встраивания в мембрану, либо за счет более интенсивного разложения белковой матрицы средней кишки, что усиливает действие более медленно действующего токсина.[3]

Исследование некроза

Cry6Aa может вызывать некроз в лабораториях без риска повреждения клеток из-за тепла или других триггеров. Поскольку некроз приводит к набуханию и повреждению окружающих участков клеток, он может быть более эффективным при лечении рака, чем индуцированный апоптоз.[14] Хотя Cry6Aa не действует против млекопитающих, многие важные клеточные пути сохраняются у эукариот. C. elegans представляет собой новаторскую модель нематоды, пораженной Cry6Aa, которую можно использовать для понимания активации пути некроза. Понимание роли аспарагиновой протеазы может позволить ученым разработать другие белки, вызывающие некроз, которые действуют через ASP-3 и ASP-4, чтобы воздействовать на раковые клетки млекопитающих.[11]

использованная литература

  1. ^ Аданг, М.Дж., и Крикмор, Н. (2014) «Разнообразие кристаллических токсинов и механизмы Bacillus thuringiensis». Средняя кишка насекомых и инсектицидные белки. 47, 39
  2. ^ Табашник, Б. Э., Брево, Т., Каррьер, Ю. «Устойчивость насекомых к Bt-культурам: уроки первого миллиарда акров». Биотехнология природы 31.6 (2013): 510-521.
  3. ^ а б Пенг, Д., Чай, Л., Ван, Ф., Чжан, Ф., Руан, Л., и Сун, М. (2011) «Синергетическая активность между токсинами Bacillus thuringiensis Cry6Aa и Cry55Aa против Meloidogyne incognita». Микробная биотехнология. 4, 794-798
  4. ^ а б Луо, X., Чен, Л., Хуанг, К., Чжэн, Дж., Чжоу, В., Пэн, Д., Руан, Л. и Сун, М., 2013. «Металлопротеиназа Bacillus thuringiensis Bmp1 функционирует как нематицидный фактор вирулентности ". Прикладная и экологическая микробиология, 79 (2), стр. 460-468.
  5. ^ https://www.uniprot.org/uniprot/Q45757
  6. ^ Пиготт, К.Р., Эллар, Д.Дж. (2007) «Роль рецепторов в активности токсина кристалла Bacillus thuringiensis». Microbiol.Mol.Biol.Rev. 71, 255-28
  7. ^ http://www.rcsb.org/pdb/explore/remediatedSequence.do?structureId=5KUC
  8. ^ а б Дементьев А., Борд Дж., Ситарам А., Эй, Т., Келкер, М.С., Сюй, X., Ху, Ю., Видал-Квист, К., Чиквана, В., и Гриффин, С. . (2016) «Пестицидный токсин Cry6Aa из Bacillus thuringiensis структурно подобен альфа-порообразующим токсинам семейства HlyE». BMC биология. 14, 71
  9. ^ а б Ли, Х., Олсон, М., Лин, Г., Эй, Т., Тан, С.Й., и Нарва, К. (2013) «Взаимодействие Bacillus thuringiensis Cry34Ab1 / Cry35Ab1 с сайтами связывания мембран средней кишки западного корневого червя». PLoS One. 8, e53079
  10. ^ Цоков, С.Б., Вайборн, Н.Р., Стиллман, Т.Дж., Джеймисон, С., Чудноховски, Н., Артимюк, П.Дж., Грин, Дж., И Буллоу, П.А. (2006) «Структура канала гемолизина E (HlyE, ClyA и SheA) в его мембраносвязанной форме». J.Biol.Chem. 281, 23042-23049
  11. ^ а б Zhang, F., Peng, D., Cheng, C., Zhou, W., Ju, S., Wan, D., Yu, Z., Shi, J., Deng, Y., и Wang, F. (2016) «Кристальный белок Cry6Aa Bacillus thuringiensis вызывает путь некроза Caenorhabditis elegans, опосредованный аспарагиновой протеазой» (ASP-1). PLoS Pathog. 12, e1005389
  12. ^ Кремер, Г., Галлуцци, Л., Ванденабеле, П., Абрамс, Дж., Алнемри, Э., Бэреке, Э., Благосклонный, М., Эль-Дейри, В., Гольштейн, П., и Грин, D. (2009) «Классификация клеточной смерти: рекомендации Номенклатурного комитета по клеточной смерти 2009». Смерть и дифференциация клеток. 16, 3-11
  13. ^ Нарва, К. Э., Мид, Т., Фенсил, К., Ли, Х., Эй, Т., Вусли, А., и Олсен, М. (2013). Патент США № 20130263331. Вашингтон, округ Колумбия: Бюро патентов и товарных знаков США.
  14. ^ Лонг, Дж. И Райан, К. (2012) "Новые рубежи в содействии гибели опухолевых клеток: нацеливание на апоптоз, некроптоз и аутофагию". Онкоген. 31, 5045-5060