A FlaF egy β-szendvicsfehérje, amely az Archaellumot az Archaeal sejtborítékba rögzíti az S-réteg fehérjéjének megkötésével.

Ankan Banerjee

1 Archaea molekuláris biológiája, Max Planck Földi Mikrobiológiai Intézet, Karl-von-Frisch-Strasse 10, 35043 Marburg, Németország

Chi-Lin Tsai

2 Élettudományi Osztály, Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium, 1 Cyclotron Road, Berkeley, CA 94720, USA

Paushali Chaudhury

1 Archaea molekuláris biológiája, Max Planck Földi Mikrobiológiai Intézet, Karl-von-Frisch-Strasse 10, 35043 Marburg, Németország

4 Archaea molekuláris biológiája, Biológiai Intézet, Freiburgi Egyetem, Schaenzlestrasse 1, 79211 Freiburg, Németország

Patrick Tripp

1 Archaea molekuláris biológiája, Max Planck Földi Mikrobiológiai Intézet, Karl-von-Frisch-Strasse 10, 35043 Marburg, Németország

4 Archaea molekuláris biológiája, Biológiai Intézet, Freiburgi Egyetem, Schaenzlestrasse 1, 79211 Freiburg, Németország

Andrew S. Arvai

3 Molekuláris és Sejt Onkológiai Tanszék, Texas Egyetem, MD Anderson Cancer Center, 1515 Holcombe Boulevard, Houston, TX 77030, USA

Justin P. Ishida

2 Élettudományi Osztály, Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium, 1 Cyclotron Road, Berkeley, CA 94720, USA

John A. Tainer

2 Élettudományi Osztály, Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium, 1 Cyclotron Road, Berkeley, CA 94720, USA

3 Molekuláris és Sejt Onkológiai Tanszék, Texas Egyetem, MD Anderson Cancer Center, 1515 Holcombe Boulevard, Houston, TX 77030, USA

Sonja-Verena Albers

1 Archaea molekuláris biológiája, Max Planck Földi Mikrobiológiai Intézet, Karl-von-Frisch-Strasse 10, 35043 Marburg, Németország

4 Archaea molekuláris biológiája, Biológiai Intézet, Freiburgi Egyetem, Schaenzlestrasse 1, 79211 Freiburg, Németország

Társított adatok

Összegzés

Az Archaea az archaellumot, egy IV-es típusú pilusszerű nano-gépet alkalmazza az úszás mozgékonyságához. A crenarchaeon Sulfolobus acidocaldariusban az archaellum hét fehérjéből áll: FlaB/X/G/F/H/I/J. A FlaF konzervált és nélkülözhetetlen az archaellum összeállításához, de nincsenek FlaF struktúrák. Itt megcsonkítottuk a FlaF N terminust és megoldottuk ennek a monotópos membránfehérjének 1,5-Å és 1,65-Å felbontású kristályszerkezeteit. A szerkezetek egy N-terminális α-hélixet és egy nyolcszálas β-szendvicses, immunglobulin-szerű redőt tártak fel, feltűnő hasonlósággal az S-réteg fehérjéivel. A kristályszerkezetek, a röntgenszórás és a mutációs elemzések azt sugallják, hogy dimer összeállításra van szükség az in vivo működéshez. Az S. acidocaldarius egyetlen sejtburokkomponense egy parakristályos S-réteg, és az FlaF specifikusan kötődik az S-réteg fehérjéhez, ami arra utal, hogy kölcsönhatásának doménje a pszeudoperiplazmában helyezkedik el, N-terminális hélixével a membránban. Ezekből az adatokból kiderül, hogy a FlaF a korábban ismeretlen archaellum stator fehérjeként működhet, amely a forgó archaellumot az archaealis sejt burkolatához rögzíti.

Grafikai absztrakt

Bevezetés

Míg a baktériumok a flagellát használják az úszás mozgékonyságához, az archeák az archaellát (korábban archaeal flagella) alkalmazzák folyékony közegben vagy a felületeken történő mozgáshoz. Az archaella minden mozgékony archaeal fajban megtalálható, és nemrégiben az új archaealis Thaumarchaeota törzsben is azonosították őket (Jarrell és Albers, 2012; Spang et al., 2012). Noha az archaella funkcionálisan hasonlít a bakteriális flagellákhoz, a IV-es típusú pilit idéző mechanizmus révén szerelik össze őket (Craig et al., 2004). Az archeák és a baktériumok sok IV-es típusú pili szerkezettel rendelkeznek, amelyek nagyon sokféle funkciót töltenek be a felületekhez való tapadásban, a DNS felvételében, valamint a baktériumok virulenciájában és rángatózó mozgékonyságában (Burrows, 2012; Hamilton és Dillard, 2006; Henche et al., 2012). Fontos, hogy az archaellum az első típusú, IV. Típusú, pilusszerű szerkezet, amely az izzószál forgási mozgásával biztosítja a mozgékonyságot, és nem ismert, hogy ezt a forgást miként érik el a motor-komplexusai, vagy hogy a forgó alkatrész hogyan kapcsolódhat az archaealis sejt burkolatához ( Marwan és mtsai, 1991; Shahapure és mtsai, 2014).

Eredmények

FlaF, hosszú kiálló N-terminális α-Helix és β-lapos globuláris domén fehérje

Másodlagos szerkezet előrejelzése és összehasonlítása az sFlaF kristályszerkezetével

A teljes hosszúságú FlaF másodlagos struktúrát a Phyre 2 szerver jósolta meg. Az N-terminális 3–42-es maradványok hosszú spirális régióként várhatók. Az sFlaF B lánc kristályszerkezetéből kapott tényleges másodlagos struktúrát (PDB, 4P94) mutatjuk be összehasonlításként a jóslat alatt. A szekvenciát a ciántól (a legváltozóbb) a sötétliláig (a legkonzerváltabb) színkódoltuk, a természetvédelem a 6.A ábrán látható.

Kristályszerkezet meghatározása

A rekombináns sFlaF natív kristályszerkezeteit (1. natív, 46–164. Maradékok; PDB, 4ZBH; és a 2. natív, 49–164. Maradványok az A-láncban és 35–164-es maradékok az A-láncban; PDB, 4P94) 1,50-Å és 1,65-Å felbontás. A natív 1 sFlaF struktúrát platina-származékkal fázisoztuk fel, egyetlen izomorf helyettesítéssel anomális szórással (SIRAS) (1. táblázat). A natív 2 sFlaF struktúrát molekuláris helyettesítéssel futtattuk natív 1 sFlaF-kel mint keresési modell. Mindkét kristályszerkezet ugyanabból a konstrukcióból származott (N-terminális His-taggal rendelkező 35–164. Maradékok), de különböző formákban kristályosodtak. Az sFlaF natív 1 kristály (S2A ábra) a P43212 tércsoportban aszimmetrikus egységenként egy molekulát tartalmazott, oldószertartalma 43% volt; az I23 űrcsoport natív 2 kristálya (S2B ábra) aszimmetrikus egységenként két molekulát (A és B lánc) tartalmazott, oldószertartalma 58% volt. Az 1. natív generált kristálytani szimmetria párja a natív 2 sFlaF-mel közel azonos dimer szerkezetet mutat. Mindkét dimer kristályszerkezet átlagos négyzetes eltérése (rmsd) körülbelül 0,50 Å 207 igazodó Cα atom esetében. Mivel a natív 2 sFlaF struktúra B lánca (PDB, 4P94) tartalmazta a teljes szekvenciát, ezt az elemzéshez és az ábrákhoz használtuk, hacsak másképp nem jelöljük meg.

Asztal 1

Az sFlaF röntgendiffrakciós adatgyűjtési és finomítási statisztikája