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再利用方法目标的结核分枝杆菌H37rv Pi3激酶途径重金属离子

Shivangi, Laxman之一Meena*

CSIR-Institute的基因组学和综合生物学,商城路,印度德里- 110007

*通讯作者:
Laxman年代之一Meena
CSIR-Institute的基因组学和整合
生物学商城路,印度德里- 110007
电话:0091-11-27002200;Ext:# 234
传真:0091-11-27667471
电子邮件:meena@igib.res。在laxmansm72@yahoo.com

收到日期:24/09/2019;接受日期:04/10/2019发表日期:11/10/2019

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文摘

结核病的出现作为一个主要世界健康问题几乎1/3的当今社会病原感染结核分枝杆菌(结核分枝杆菌)。结核分枝杆菌是一个grampositive细菌使很多困难完全废除。Rv3228是守恒的结核分枝杆菌的基因。Rv3228预计三磷酸鸟苷/ ATP结合蛋白。它还显示了金属离子绑定或GTPase活性。三磷酸鸟苷/ atp能量丰富的蛋白质分子,促进各自的绑定tRNA核糖体或因素。这手稿被认为是一些有价值的方面Rv3228未知蛋白质的功能。这项研究的主要远景包括蛋白质序列数据库的检索、多序列比对,字符串相互作用研究中,亚细胞定位、配体结合预测,b细胞和t细胞抗原表位预测,基于结构函数代数余子式和VICMpred预测。VICMpred预测,这个基因是一种毒性因子。Ab-Inito造型由猛禽X和验证横冲直撞,ERRAT VERIFY3D,变异分析大师WEB服务器。 This study will be helpful in the development of new drugs and the treatment of tuberculosis disease.

关键字

结核分枝杆菌肺外结核,吞噬溶酶体,磷酸肌醇,Lipoarabinomannan

缩写

结核病:肺结核;EPTB:肺外结核;艾滋病毒:人类免疫缺陷病毒;MDR:多重耐药;PI3:磷酸肌醇;hVps34:空泡的蛋白分类34;林:Lipoarabinomannan;rtk:受体酪氨酸激酶;GPCRs: g蛋白耦合的受体;此后:磷酸肌醇依赖Kinase1; Akt/PkB: Protein Kinase B; PH: Pleckstrin Homology; TGN: Trans Golgi Network;结核分枝杆菌H37Rv:结核分枝杆菌H37Rv;PKC:蛋白激酶C

介绍

肺结核(TB)是一种最传染性空气传播的疾病引起的结核分枝杆菌H37Rv (结核分枝杆菌H37Rv) [1]。虽然这种肺部感染主要启动但它也可以感染身体的其他部位,如骨头、眼睛、关节、骨骼等,被认为是额外的肺肺结核(EPTB) [2]。之前报道的数据显示,2016年130万人死于结核病(2001年170万例)。结核病死亡率是全球每年减少约3%3),但这个速度需要增加考虑到人口。合并感染的结核与艾滋病毒活动性结核病的增加率在所有传染性疾病死亡的主要原因(2]。结核病仍然是一个全球大流行由于其电阻对一线和二线药物导致多重耐药结核病(mdr - TB)和广泛耐药结核病(xdr - TB) (4]。一些原核的丝氨酸/苏氨酸激酶和磷酸酶调节宿主信号系统(报道5]。在11激酶中观察到结核分枝杆菌H37Rv,其中一些参与细胞分裂和压力在调制的信号级联反应而其他主机。在本文概述走私途径和方式结核分枝杆菌H37Rv违反主机信号通路,利用巨噬细胞的复制,生存和发病机理。降低细胞内钙和钙依赖钙调蛋白有助于生存的结核分枝杆菌通过干涉H37Rv pi3激酶通路从巨噬细胞的吞噬活动和保护它。因此,通过增加细胞内钙离子的浓度,结核分枝杆菌H37Rv生存可能会阻碍(4]。磷酸肌醇3-kinase的等离子体膜结合酶结合的胞内尾rtk分子。这主要激酶磷酸化肌醇磷脂而不是蛋白质和rtk和GPCRs都可以激活它。它在促进细胞生存和增长中起着核心部分(6]。膜脂质中π是独一无二的,因为它可以在多个站点进行可逆的磷酸化的肌醇头组和生成各种各样的磷酸化π脂类称为磷酸肌醇。的磷酸化激活pi3激酶催化生产π(3、4、5)P3作为对接网站各种细胞内信号蛋白。PI3-kinases rtk类我激活的类型,它们共同组成的催化亚基形成,不同的管理单元。rtk激活类Ia PI3-kinases的调节亚基是一个适配器蛋白质结合两个phosphotyrosines激活rtk通过其两个SH2域。细胞内信号蛋白绑定到π(3、4、5)P3由激活pi3激酶通过特定的交互领域如pleckstrin同源性(PH)域主要功能域蛋白质间交互作用。信号蛋白质绑定到特定的rtk激活pi3激酶产生π(3、4、5)P3。PIP3新兵两个蛋白激酶的质膜通过domains-Akt PH值(也称为蛋白激酶B或PKB)和phosphoinositide-dependent蛋白激酶1(基因),这将导致一种蛋白激酶的激活。一旦激活,一种蛋白激酶磷酸化各种目标蛋白质的质膜和胞质及核导致增强的细胞生存和增长。subversion的负调节的PI3激酶信号通路可能帮助删除结核分枝杆菌H37Rv通过增强吞噬细胞内自噬和可能提供一个高效的平台为耐药结核病的治疗。

假设

综述假设,通过针对信号通路使用重金属导致酶途径,我们可以破坏的影响结核分枝杆菌H37Rv并阻碍其生存。这样做将会通过诱导细胞凋亡的吞噬细胞通过磷酸化信号通路或基因表达的改变使用重金属可能干涉结核分枝杆菌H37Rv宿主细胞内生存并降低其毒性。在各种生物,重金属是一个关键的调节分子的表现为他们的健康。的生存结核分枝杆菌H37Rv可能诱导自噬,打断了结核分枝杆菌H37Rv驻留的时间可能会被捕的自噬小体通过抑制细胞凋亡2 +依赖贩运也通过使用钴活性氧的生成。主机的调制信号转导级联由镉和基因表达,结核分枝杆菌H37Rv居留的时间可能被激活2 +依赖贩运和生存也可以阻碍7]。钴是一种微量元素,主要存在形式的维生素b12的宿主细胞。它还充当辅因子在不同的代谢途径。针对pi3激酶通路通过抑制丝氨酸/苏氨酸激酶的钴导致凋亡蛋白的磷酸化坏。钴作为催化剂的一种蛋白激酶可能证明作为坏的抑制剂。增强巨噬细胞凋亡的这些经历程序性细胞死亡和吞噬细胞结核分枝杆菌H37Rv驻留在巨噬细胞死亡。这只是可能吞噬细胞通过选择性定位,认识到只有那些巨噬细胞中结核分枝杆菌通过使用钴H37Rv驻留。

讨论

pi3激酶通路的结核分枝杆菌H37Rv

结核分枝杆菌H37Rv已经大量的吞噬细胞生存策略。虽然这些吞噬细胞内化的细菌,结核分枝杆菌H37Rv利用这些巨噬细胞通过不同的方式生存。结核分枝杆菌H37Rv属性通过开发主机信号通路来生存。PI3P pi3激酶在膜形成的早期核内体和时间也参与吞噬溶酶体的生物合成7]。PIP3可能代表一个对接网站几个蛋白质等参与phagosome-lysosome成熟肝细胞生长factor-regulated酪氨酸激酶衬底(小时)和早期endosomal自身抗原1 (EEA1) [8]。在正常细胞中,PI3P代调节溶酶体吞噬抗原的交付。在的情况下结核分枝杆菌H37Rv,它妨碍了代PI3P吞噬体的膜,因此抑制宿主的进一步信号事件,直接对细菌细胞凋亡(9]。这发生在两个步骤;首先,结核分枝杆菌H37Rv抑制PI3激酶hVPs34的活动,从而影响生产PI3P吞噬体的膜,抑制phagosome-lysosome融合。这是通过抑制糖脂类细胞壁主要成分lipoarabinomannan (LAM) [10]。然而,由于死亡分枝杆菌未能抑制phagolysosomal成熟但拥有林,这仍然是一个问题,如何监管LAM-mediated抑制走私通道。林从结核分枝杆菌H37Rv,封锁在胞质钙增加2 +这是基本要求代π3磷酸(PI3P)在体内的时间。第二种方法,通过它结核分枝杆菌抑制PI3P phagosomal膜上积累的磷酸酶称为SapM,一个eukaryotic-like分泌酸性磷酸酶结核分枝杆菌H37Rv [11]。与脂质磷酸酶结核分枝杆菌H37Rv还包括蛋白质磷酸酶PtpA和PtpB12),这可能会干涉主机交易途径,通过调制空泡的排序的蛋白质(13]。Lipoarabinomannan (LAM)的主要细胞壁醣脂类结核分枝杆菌H37Rv有助于生存的结核分枝杆菌H37Rv通过抑制蛋白激酶C,一个关键信号分子内的单核细胞,帮助细胞毒性氧自由基的清除14]。林已被证明干扰phagosomal收购endosomal成分。林和许多其他分枝杆菌感染的巨噬细胞内脂质已报告交通并插入到宿主细胞endomembranes [15]。其中的一个结核分枝杆菌H37Rv糖脂是磷脂酰肌醇甘露糖苷(PIM)的生物合成的前体。PIM十分由分枝杆菌和代表56%的磷脂分枝杆菌细胞壁(16]。在结核分枝杆菌H37Rv,林存在于细胞壁从而导致调制的信号通路通过激活apoptopic蛋白质坏脱磷酸化的丝氨酸/苏氨酸激酶Akt和有助于生存结核分枝杆菌H37Rv通过逃避凋亡[17,18]。Ca的抑制2 +/钙调素依赖PI3 -激酶空泡的蛋白分类34 (hvps34)通路发生Lipoarabinomannan (LAM)通过抑制时间成熟,这是一个的另一个突出的居住方式结核分枝杆菌H37Rv宿主细胞内通过抑制phagolysosomal融合(19,20.]。需要很高的识别和活性化合物和药物的发展结核分枝杆菌H37Rv抵抗药物(每一行21- - - - - -26]。结核分枝杆菌H37Rv幸存在宿主巨噬细胞通过降低酸化phagosomal隔间,由于抑制VoH + atp酶和缺乏组织蛋白酶D像水解酶(27]。抑制巨噬细胞的生存需要一代的吞噬细胞内的自噬过程。自噬的诱导是通过饥饿或诱导细胞内氧化应激(28]。自噬诱导PKC激活的,清除自由基的抑制可能是诱导的氧化应激和背后的原因的间隙结核分枝杆菌H37Rv巨噬细胞。

劣势的激活蛋白激酶(激酶)

坏,proapoptotic蛋白质在其non-phosphorylated国家促进细胞死亡的凋亡但是Akt激活磷酸化坏了phosphoserine-binding网站对于一个脚手架蛋白14-3-3,扣押磷酸化坏,从而促进细胞的生存。结核分枝杆菌H37Rv细胞壁成分mannosylated Lipoarabinomannan (Man-LAM)与一种蛋白激酶相互作用并导致坏的磷酸化,抑制细胞凋亡29日]。法力¢€LAM是一个强有力的抑制剂的某些趋化因子,细胞因子作为TNFA¢A€α和白细胞介素(ILA¢€1α,ILA¢€1β,ILA¢€6和€ILA¢10)导致炎症和这种抑制会导致巨噬细胞的失活30.- - - - - -33]。由于抑制巨噬细胞避免凋亡IFNA¢A€γ。细胞因子的抑制,TNFA¢A€α有助于生存的结核分枝杆菌H37Rv通过抑制细胞凋亡受感染的巨噬细胞(34- - - - - -36]。提出,海拔在Ca2 +流入可以诱导细胞凋亡细胞的情况结核分枝杆菌H37Rv,2 +浓度被避免凋亡减少,这有助于发病机理(图1)[37]。

microbiology-biotechnology-pathway

图1:pi3激酶通路的抑制机理结核分枝杆菌H37Rv:有许多因素负责细菌生存和发病机理即、有限公司rd Factor Which Inhibits PMN Migration, Mycolic Acid Which Prevents it from Lysozymes And Cytotoxic Oxygen Radicals and GTP-Binding Genes Which May Help in Virulence. Man-LAM, a Cell Wall Glycolipid Inhibits the Voh+Atpase and Cathepsins D Like Hydrolases and Helps in the Survival Through Reduced Acidification of Phagosomal Compartment.结核分枝杆菌H37Rv违反pi3激酶通路通过磷酸化通过激活凋亡蛋白坏Akt / Pkb丝氨酸/苏氨酸激酶。

针对钴的酶

钴是维生素B12和维生素的内在因素仅仅是由微生物合成。以来,它是一种水溶性维生素水平可能维持在正常人类血清和尿液,因为生物体的解毒机制。的维生素或者我们可以说的维生素量将保持后利用主机可以通过尿液排泄保持细胞内环境平衡[38]。从上面的结论可以预测,如果任何人接触结核分枝杆菌H37Rv感染宿主细胞内的钴的浓度不同,这将是一个参数的诊断结核分枝杆菌H37Rv感染和可以证明领域的革新一步医生呆呆的。这也可能增加剂量钴作为膳食补充剂的肺结核病人提出了一些抗体或结核分枝杆菌H37Rv颠覆它的巨噬细胞内存活的机制。由于钴有助于发病机制,假设如果任何元素有助于细菌的发病机理然后它的浓度变得低是因为它的利用率在细菌的生存23]。因此,通过测量正常人血清或尿液中钴的含量,升高或如果有抑制水平结核分枝杆菌H37Rv感染病的人也可以帮助诊断疾病的早期阶段。有各种各样的基因中结核分枝杆菌H37Rv参与监管这些重金属通过绑定或运输(表1)。

Orthologues
S.No。 轨迹 的名字 底物 牛分枝杆菌 麻风杆菌 m . smegmatis UniProt(函数)
1 Rv0092 ctpA 重金属铜2 + Mb0095 ML1987 - - - - - - P9WPU1(参与铜出口)
2 Rv0103c ctpB 重金属铜2 + Mb0106c ML2000c - - - - - - P9WNP3(参与脂肪酸的水合生产polyhydroxylalkanoates)
3 Rv0265 fecB 3 + Mb0271c ML2548 MSMEG_0438 L7N6B2 (ABC转运蛋白substrate-binding蛋白质)
4 Rv0362 mgtE 毫克2 +、有限公司2 +吸收 Mb0369 - - - - - - MSMEG_6269 O06312(作为镁运输车)
5 Rv0908 ctpE - - - - - - Mb0932 ML2115 MSMEG_5636 P9WPT1 (p型atp酶参与特定的吸收的钙)
6 Rv0924c mntH 2 +、铁2 +、锌2 +H +同向转运 Mb0948c ML2098 MSMEG_5589 P9WIZ5 (H +刺激,二价金属阳离子吸收系统。传输锌和铁。也可以与锰和铜)
7 Rv0969 门静脉 2 + Mb0994 - - - - - - MSMEG_5014 P9WPS3(铜体内平衡所必需的和可能函数作为铜出口国)
8 Rv1030 kdpB K +吸收 Mb1059 - - - - - - MSMEG_5393 P9WPU3(高亲和性的一部分ATP-driven钾运输或Kdp系统)
9 Rv1239c 科拉 毫克2 +/铁2 +、有限公司2 +吸收 Mb1271c ML1090c MSMEG_5056 O50455(介导涌入的镁离子、钴离子绑定)
10 Rv1469 ctpD 重金属(Cd2 +) Mb1504 ML1819 MSMEG_5403 P9WPT3(参与重金属体内平衡。可能出口镍和钴离子从细胞)
11 Rv1607 chaA Ca2 + Mb1633 ML1267 - - - - - - O53910(钠和钾:质子转运体活动)
12 Rv1992c ctpG 重金属(Cd2 +) Mb2015c - - - - - - - - - - - - P9WPS7(镉离子跨膜运输活动)
13 Rv1997 ctpF Ca2 +、镁2 + Mb2020 - - - - - - MSMEG_3926 P9WPS9 (calcium-transporting atp酶活性,金属离子绑定)
14 Rv2025c - - - - - - Cd2 +、锌2 +、有限公司2 + Mb2050c - - - - - - - - - - - - P9WGF5(镉离子、锌流出跨膜运输活动)
15 Rv2084 arsA AsO3 -流出 Mb2110 - - - - - - - - - - - - P9WLK1
16 Rv2287 yjcE Na + H +逆向转运 Mb2309 ML1792 - - - - - - P9WJI3(钠和钾:质子转运体活动)
17 Rv2643 arsC AsO3 - Mb2676 - - - - - - MSMEG_1172 I6X4W4 (arsinite和辉锑矿跨膜运输活动)
18 Rv2685 arsB AsO3 -流出 Mb2704 - - - - - - MSMEG_0851 P9WPD7亚砷酸(跨膜运输活动)
19 Rv2856 nicT Ni2 +有限公司2 + Mb2881 ML1571 - - - - - - I6YEJ7(镍离子跨膜运输活动)
20. Rv2877c 莫特 Hg2 +吸收 Mb2902c ML1585c MSMEG_3541 I6YEL8(假定的汞抗性运输蛋白)
21 Rv3041c - - - - - - 3 + Mb3067c ML1726c MSMEG_2326 I6YF11 (atp酶活性,以及物质的跨膜运动)
22 Rv3044 fecB2 3 + Mb3070 ML1729 MSMEG_2319 O53291 (Iron-siderophore ABC转运蛋白substrate-binding蛋白质)
23 Rv3236c kefB K +或Na + H +逆向转运 Mb3264c ML0782 MSMEG_3664 O53291(溶质:质子转运体活动)
24 Rv3270 ctpC 重金属Cd2 +、铁2 + Mb3298 ML0747 MSMEG_6058 P9WPT5(高亲和力,营业额Mn缓慢2 +所需运输atp酶,这是毒性)
25 Rv3578 arsB2 麻生太郎3 -流出 Mb3609 ML0331 MSMEG_6072 I6YCG9亚砷酸(跨膜运输活动)
26 Rv3743c ctpJ 重金属(Cd2 +) Mb3769c - - - - - - - - - - - - P9WPT7(金属离子结合,可能cation-transporting p型atp酶J)

表1:金属离子转运体基因的列表结核分枝杆菌H37Rv。

整体的基因总数的24%结核分枝杆菌为金属离子转运体H37Rv有代码。以这种方式通过测量血液或尿液中钴的水平有可能之前的接触到的人服用药物结核分枝杆菌H37Rv感染或那些的结核分枝杆菌即H37Rv的潜在形式。,在capable of infecting the host but may be active at certain optimum conditions (图2)。

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图2:监管pi3激酶途径重金属:凋亡蛋白的磷酸化坏是由钴抑制,因为它里面的巨噬细胞凋亡结核分枝杆菌H37Rv驻留从宿主巨噬细胞和消除它。结核分枝杆菌H37Rv还幸存通过抑制钙信号通过抑制PKC,因此,通过取代钙和镉的基因表达改变结核分枝杆菌H37Rv生存受阻。

目标的林结核分枝杆菌H37Rv

在致命的种结核分枝杆菌作为结核分枝杆菌H37Rv细胞壁脂质,林与甘露糖配体结合展览其毒性。所以利用的底物类似物Man-LAM也是一个醣脂类作为LAM lipoarabinofuranose或利用葡萄糖作为配体其毒性可能减少。葡萄糖和甘露糖)异构体及其结构相同,因此他们模仿同一Man-LAM构象,但不同的功能。他们可能会干扰细胞壁的结构,导致其变形,并降低了毒性。这可能导致的最终死亡结核分枝杆菌H37Rv。这也可能诱发自噬在时间导致的最终死亡结核分枝杆菌H37Rv通过增加酸化时间由签证官H + atp酶的激活或水解酶作为组织蛋白酶D,这可能导致phagosome-lysosome融合结核分枝杆菌H37Rv生存也会受阻。结核分枝杆菌H37Rv幸存并避免巨噬细胞的吞噬活动由于脂质细胞壁中的分子的存在,如果这个细胞壁被扭曲的生存可能阻碍和感染抑制基层。

中断phagolysosomal融合

成熟的抑制phagosomal隔间结核分枝杆菌H37Rv是由于一个街区的走私通道pi3激酶从TGN吞噬体也是一个原因无法效应分子如VoH + atp酶和组织蛋白酶d。这可能是由于异常分布的Rab分子,一个小gtpase参与核内体的胞内贩卖TGN (15]。这也是通过抑制calcium-dependent贩运瀑布。Ca2 +是一个普遍存在的第二信使,可以控制多个进程和证明参与细胞分裂、能动性、应激反应、信号等钙的第二信使信号通路及其在宿主细胞有助于低水平的发病机制结核分枝杆菌H37Rv [39]。钙还有助于基因表达。如果钙信号通路中取而代之的是镉也改变基因表达的能力,这可能调节宿主信号通路,还可以抑制感染结核分枝杆菌H37Rv (图2)。基因表达的改变可能会导致不正常的蛋白质的形成可能干扰结核分枝杆菌H37Rv发病机理和感染能力。这可能会提供一个未来的角度对变异结核分枝杆菌H37Rv蛋白通过基因表达的改变,这样减少了感染的疗效。

结论

作为结核分枝杆菌H37Rv修改其致病性机械每天导致恶化的大多数感染的结核病感染者通过增强。的有效机制之一结核分枝杆菌H37Rv存活主机的调制信号通路。因此,根除这彻底改变了细菌引起的病态的感染需要目标宿主细胞的信号级联。我们集中我们的理解对subversion的信号通路是作为基础对任何生物体的新陈代谢。使用钴代替钙可能导致在几个信号通路的抑制钙的关键调节器,因此也阻碍了其生存和发病机理。另一方面,重要的细胞内钙含量可以诱导细胞凋亡的病原体。通路的规定可能会阻碍结核分枝杆菌H37Rv生存并减少其致病性。在这个角度看,调制pi3激酶通路的重金属可能为消除这种细菌提供一个重要平台。

Acknowlegements

作者承认科学Technology-SERB金融部门的支持,科学与工业研究院理事会的基因组学和生物学综合研究项目GAP0145。

引用