Первые структуры со связанным цинком показывают, как кальпротектин лишает бактерии металлов

от

Цинк лежит в основе многих бактериальных ферментов, поэтому одна из простейших защитных стратегий нашей иммунной системы — удерживать цинк вне досягаемости микробов. Кальпротектин, белок нейтрофилов, в большом количестве присутствующий в местах инфекции, играет центральную роль в этой стратегии. Он с очень высоким сродством связывает переходные металлы и помогает лишать микробы цинка. Ранее у нас не было прямой структурной картины цинка, связанного с кальпротектином, — картины, которая могла бы объяснить, как этот белок так эффективно удерживает цинк и что это значит для биологии патогенов.

В нашем исследовании мы определили первые кристаллические структуры кальпротектина со связанным цинком.

На сайте His₆ цинк находится в октаэдрической клетке, координируемой шестью гистидинами, взятыми из двух субъединиц (S100A8 и S100A9), включая два из гибкого C-концевого хвоста S100A9.

В каноническом сайте His₃Asp цинк принимает ожидаемую четырёхкоординатную геометрию. Эти структуры предоставляют первое прямое доказательство того, что кальпротектин может надёжно удерживать Zn²⁺ всеми шестью гистидинами на сайте His₆, что решает вопрос, который предполагала биохимия, но никогда не визуализировала.

Структура сама по себе не показывает, насколько прочно удерживается металл, поэтому мы количественно оценили сродство цинка к вариантам.

Ключевой результат заключается в том, что кальпротектин сохраняет пикомолярное сродство к цинку даже тогда, когда гистидины в хвосте заменены или хвост удалён. Хвосты участвуют в завершении октаэдрической координации, которую мы видим в структуре, но высокое сродство не исчезает без них.

Это различие имеет значение: геометрия координации объясняет, как клетка закрывается; данные о сродстве объясняют, почему удержание цинка остаётся устойчивым даже при изменении хвоста.

Затем мы спросили, что эти особенности означают для клинически важного патогена — золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus). Кальпротектин сильно ограничивает рост S. aureus; отключение обоих сайтов связывания металлов в значительной степени устраняет этот эффект, что согласуется с представлением о том, что захват металла лежит в основе антимикробной активности. Статья опубликована в журнале Protein Science.

Исследование организации культур позволило выявить больше: изменение или удаление хвоста S100A9 изменило закономерности накопления биомассы и состав, а также уменьшило изменение ассоциации кальпротектина и бактерий, которое мы наблюдаем с немодифицированным белком. Таким образом, хвост влияет на то, как кальпротектин взаимодействует с бактериальными сообществами и как эти сообщества собираются, даже когда сродство к цинку остаётся чрезвычайно высоким.

Два вывода следуют из этого:

1. Новые структуры проясняют химию кальпротектина: цинк заблокирован в октаэдрической клетке с шестью гистидинами на сайте His₆, а цинк на сайте His₃Asp имеет тетракоординатную геометрию.
2. Биология кальпротектина — это больше, чем удержание металла. Взаимодействия, зависящие от хвоста, формируют паттерны ингибирования роста, состав биомассы и ассоциацию белка с бактериями.

Кальпротектин действует как минимум через два связанных слоя: химический слой (чрезвычайно плотное удержание цинка) и слой взаимодействия (эффекты, опосредованные хвостом, на рост бактерий и их адгезию).

Почему это важно? Биофильмы S. aureus усложняют уход за ранами, заражение устройств и неэффективность лечения, поскольку адгезивные сообщества трудно уничтожить. Более ясное понимание того, как врождённый иммунный белок одновременно удерживает цинк и модулирует биомассу, открывает новые возможности для вмешательства.

С точки зрения дизайна, богатые гистидином клетки, которые упорядочиваются при связывании, предлагают шаблон для иммобилизации цинка. С биологической точки зрения сохранение или усиление контактов, зависящих от хвоста, может дополнить действие антибиотиков, смещая культуры в сторону от адгезивной, богатой ДНК биомассы.

Для читателей, следящих за кальпротектином, достижения конкретны:
* первые кристаллические структуры кальпротектина со связанным цинком;
* прямые структурные доказательства того, что Zn²⁺ координируется всеми шестью гистидинами на сайте His₆;
* геометрия цинка на сайте His₃Asp;
* пикомолярное сродство к цинку, которое сохраняется без гистидинов в хвосте;
* связь между целостностью хвоста и биомассой S. aureus и ассоциацией кальпротектин–бактерия.

Вместе эти результаты уточняют молекулярную картину удержания цинка и раскрывают аспект, зависящий от хвоста, того, как врождённый иммунитет воздействует на бактериальные сообщества.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте