ソルターゼ
| ソルターゼファミリー | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 B群レンサ球菌の線毛上のソルターゼC。PDBの登録番号は 3O0P | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| 略号 | Sortase | ||||||||
| Pfam | PF04203 | ||||||||
| InterPro | IPR005754 | ||||||||
| SCOP | 1ija | ||||||||
| SUPERFAMILY | 1ija | ||||||||
| OPM superfamily | 359 | ||||||||
| OPM protein | 1rz2 | ||||||||
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ソルターゼ（Sortase）は、原核生物の酵素の一群の一つである。細胞表面タンパク質のC末端に位置する識別シグナルを認識してこれを切断し、表面タンパク質を改変する。ソルターゼはほぼ全てのグラム陰性菌と一部のグラム陽性菌（Shewanella putrefaciensなど）と一部の古細菌（Methanobacterium thermoautotrophicumなど）で確認されている[1][2]。ソルターゼはアミノ酸配列の類似性から6つのクラス（A～F）に分類される[3]。クラスAソルターゼは、とても広範な標的タンパク質への活性を示すためハウスキーピングソルターゼとも呼ばれる。その他のクラスは基質特異性の高いものが多く、様々な機能を持つクラスB、ピリンの性繊毛への組み立てを触媒するクラスC、胞子の形成にも重要な役割を果たすクラスDなどがあり、クラスEとFについては不明な点が多い[4][5][6][7]。
反応
[編集]Staphylococcus aureus のソルターゼAは一種のペプチド転移酵素であり、表面タンパク質を細胞壁に結合させる。最もよく知られているソルターゼの基質となる識別シグナルは、LPXTGモチーフ（Leu-Pro-any-Thr-Gly）から、次いで疎水性の高い膜貫通タンパク質配列、最末端にはアルギニンといった塩基性残基の集まる配列からなる。切断はトレオニン残基とグリシン残基の間で起こり、ソルターゼの活性部位のシステイン残基を標的のトレオニン残基に一時的に結合させた後、表面タンパク質を細胞壁成分に共有結合させる[3]。結果、トレオニンのカルボキシル基と細胞壁のペプチドグリカンのアミノ基との間にアミド結合が形成される[8][9]。
機能
[編集]ソルターゼによって細胞壁の付着を触媒される基質タンパク質には各種酵素、ピリン、付着促進性表面糖タンパク質がある。これらのタンパク質は病原細菌による病原性、感染、およびコロニー形成に重大な役割を演じる。
表面タンパク質は、侵入した病原体と宿主組織との間の相互作用を促進させるだけでなく、宿主の免疫応答から病原体を回避させる。Staphylococcus aureus のソルターゼAの場合、細菌表面に免疫グロブリンを捕捉させ、宿主組織への侵入の間、細菌の存在を隠す。ソルターゼA遺伝子srtAを欠損したS. aureus 変異体はいくつかの表面タンパク質を係留させて細胞外に露出させることに失敗し、動物への感染能力を失う。ソルターゼは、分泌経路でシグナルペプチターゼによるシグナルペプチドの除去を受けた表面タンパク質に作用する。S. aureus ゲノムはソルターゼと分泌経路の酵素をそれぞれ2セットコードする。20種類もの表面タンパク質を扱うために進化した結果だと考えられている。
ソルターゼとの機能的アナログに外ソルターゼがあるが、アミノ酸配列などは全く異なる。
医療への利用
[編集]病原細菌において重要な酵素であるため、ソルターゼを標的とした抗生物質の開発が行われている[10][11]。
構造
[編集]システインプロテアーゼの一種であるソルターゼは、MEROPSにおいてpeptidase family C60 (clan CL)に分類されている。ソルターゼは更に2つの下位分類としてC60AとC60Bに分けられる[12]。
構造生物学への活用
[編集]ソルターゼのトランスプロテアーゼ活性は、構造生物学においてin vitroで融合タンパク質を作成するために利用される。目的のタンパク質のC末端に識別モチーフのLPXTGを付加させ、結合させたい別のタンパク質のN末端にオリゴグリシンモチーフを付加させる。この基質の混合液にソルターゼを添加すれば、目的の二つのタンパク質はペプチド結合を介して共有結合で繋がる。この反応は、NMR分析においてNMR不可視な可溶性タグを添付するために利用される[13]。X線結晶構造解析において複合体の形成の促進にも使われる[14]。
脚注
[編集]- ^ “Sortase-catalysed anchoring of surface proteins to the cell wall of Staphylococcus aureus”. Mol. Microbiol. 40 (5): 1049–1057. (2001). doi:10.1046/j.1365-2958.2001.02411.x. PMID 11401711.
- ^ “Genomic analysis of secretion systems”. Curr Opin Microbiol 6 (5): 519–527. (2003). doi:10.1016/j.mib.2003.09.005. PMID 14572546.
- ^ a b “Sortase enzymes in Gram-positive bacteria”. Mol Microbiol. 82 (5): 1044–1059. (2011). doi:10.1111/j.1365-2958.2011.07887.x. PMC 3590066. PMID 22026821.
- ^ “Sortases make pili from three ingredients”. Proc Natl Acad Sci U S A 105 (37): 13703–13704. (September 2008). doi:10.1073/pnas.0807334105. PMC 2544515. PMID 18784365.
- ^ “Roles of the sortases of Streptococcus pneumoniae in assembly of the RlrA pilus”. J. Bacteriol. 190 (17): 6002–6013. (September 2008). doi:10.1128/JB.00379-08. PMC 2519520. PMID 18606733.
- ^ Hofmann, Andreas, ed (2011). “Crystal structure of Spy0129, a Streptococcus pyogenes class B sortase involved in pilus assembly”. PLoS ONE 6 (1): e15969. doi:10.1371/journal.pone.0015969. PMC 3019223. PMID 21264317.
- ^ “Molecular features of the sortase enzyme family”. FEBS J. 282 (11): 2097-2114. (2015). doi:10.1111/febs.13288. PMID 25845800.
- ^ “Staphylococcus aureus sortase, an enzyme that anchors surface proteins to the cell wall”. Science 285 (5428): 760–3. (July 1999). doi:10.1126/science.285.5428.760. PMID 10427003.
- ^ “Sortase, a universal target for therapeutic agents against gram-positive bacteria?”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97 (10): 5013–5. (May 2000). doi:10.1073/pnas.97.10.5013. PMC 33977. PMID 10805759.
- ^ “Sortase as a target of anti-infective therapy”. Pharmacol. Rev. 60 (1): 128–141. (March 2008). doi:10.1124/pr.107.07110. PMID 18321961.
- ^ SIGA Technologies (September 2006). “Schedule 14A”. U.S. Securities and Exchange Commission. 29 October 2009閲覧。
- ^ “An embarrassment of sortases - a richness of substrates?”. Trends Microbiol. 9 (3): 97–102. (March 2001). doi:10.1016/S0966-842X(01)01956-4. PMID 11239768.
- ^ “Attachment of an NMR-invisible solubility enhancememnt tag using a sortase mediated protein ligation method”. Journal of Biomolecular NMR 43 (3): 145–150. (January 2009). doi:10.1007/s10858-008-9296-5. PMID 19140010.
- ^ “Structural basis for activation and non-canonical catalysis of the Rap GTPase activating protein domain of plexin”. eLIFE 2: e01279. (October 2013). doi:10.7554/eLife.01279. PMC 3787391. PMID 24137545.
参考文献
[編集]- PDB: 3O0P; “Structure analysis and site-directed mutagenesis of defined key residues and motives for pilus-related sortase C1 in group B Streptococcus”. FASEB J 25 (6): 1874–1886. (February 2011). doi:10.1096/fj.10-174797. PMID 21357525.
- “The Corynebacterium diphtheriae shaft pilin SpaA is built of tandem Ig-like modules with stabilizing isopeptide and disulfide bonds”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106 (40): 16967–16971. (October 2009). doi:10.1073/pnas.0906826106. PMC 2761350. PMID 19805181.
- Kankainen M; Paulin L; Tynkkynen S et al. (October 2009). “Comparative genomic analysis of Lactobacillus rhamnosus GG reveals pili containing a human- mucus binding protein”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106 (40): 17193–8. doi:10.1073/pnas.0908876106. PMC 2746127. PMID 19805152.
- Neiers F; Madhurantakam C; Fälker S et al. (October 2009). “Two crystal structures of pneumococcal pilus sortase C provide novel insights into catalysis and substrate specificity”. Journal of Molecular Biology 393 (3): 704–16. doi:10.1016/j.jmb.2009.08.058. PMID 19729023.
- Sillanpää J; Nallapareddy SR; Qin X et al. (November 2009). “A collagen-binding adhesin, Acb, and ten other putative MSCRAMM and pilus family proteins of Streptococcus gallolyticus subsp. gallolyticus (Streptococcus bovis Group, biotype I)”. Journal of Bacteriology 191 (21): 6643–53. doi:10.1128/JB.00909-09. PMC 2795296. PMID 19717590.
- “Expression, purification, crystallization and preliminary crystallographic analysis of SpaA, a major pilin from Corynebacterium diphtheriae”. Acta Crystallographica F 65 (Pt 8): 802–804. (August 2009). doi:10.1107/S1744309109027596. PMC 2720338. PMID 19652344.
- Guttilla IK; Gaspar AH; Swierczynski A et al. (September 2009). “Acyl enzyme intermediates in sortase-catalyzed pilus morphogenesis in gram-positive bacteria”. Journal of Bacteriology 191 (18): 5603–12. doi:10.1128/JB.00627-09. PMC 2737948. PMID 19592583.
- Suree N; Liew CK; Villareal VA et al. (September 2009). “The structure of the Staphylococcus aureus sortase-substrate complex reveals how the universally conserved LPXTG sorting signal is recognized”. The Journal of Biological Chemistry 284 (36): 24465–77. doi:10.1074/jbc.M109.022624. PMC 2782039. PMID 19592495.
- “Intramolecular isopeptide bonds give thermodynamic and proteolytic stability to the major pilin protein of Streptococcus pyogenes”. The Journal of Biological Chemistry 284 (31): 20729–20737. (July 2009). doi:10.1074/jbc.M109.014514. PMC 2742838. PMID 19497855.
- “The high biofilm-encoding Bee locus: a second pilus gene cluster in Enterococcus faecalis?”. Current Microbiology 59 (2): 206–211. (August 2009). doi:10.1007/s00284-009-9422-y. PMID 19459002.
- “Linkage of T3 and Cpa pilins in the Streptococcus pyogenes M3 pilus”. Molecular Microbiology 72 (6): 1379–1394. (June 2009). doi:10.1111/j.1365-2958.2009.06727.x. PMID 19432798.
- “Solution structure of the major (Spy0128) and minor (Spy0125 and Spy0130) pili subunits from Streptococcus pyogenes”. European Biophysics Journal 39 (3): 469–480. (March 2009). doi:10.1007/s00249-009-0432-2. PMID 19290517.
- “Sortase D forms the covalent bond that links BcpB to the tip of Bacillus cereus pili”. The Journal of Biological Chemistry 284 (19): 12989–12997. (May 2009). doi:10.1074/jbc.M900927200. PMC 2676031. PMID 19269972.
- “Isopeptide bonds in bacterial pili and their characterization by X-ray crystallography and mass spectrometry”. Biopolymers 91 (12): 1126–1134. (February 2009). doi:10.1002/bip.21170. PMID 19226623.
- Manzano C; Contreras-Martel C; El Mortaji L et al. (December 2008). “Sortase-mediated pilus fiber biogenesis in Streptococcus pneumoniae”. Structure 16 (12): 1838–48. doi:10.1016/j.str.2008.10.007. PMID 19081060.
- “Pili in Gram-negative and Gram-positive bacteria - structure, assembly and their role in disease”. Cellular and Molecular Life Sciences 66 (4): 613–635. (February 2009). doi:10.1007/s00018-008-8477-4. PMID 18953686.
- “Cell wall anchor structure of BcpA pili in Bacillus anthracis”. The Journal of Biological Chemistry 283 (52): 36676–36686. (December 2008). doi:10.1074/jbc.M806796200. PMC 2605976. PMID 18940793.
- “The molecular switch that activates the cell wall anchoring step of pilus assembly in gram-positive bacteria”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105 (37): 14147–14152. (September 2008). doi:10.1073/pnas.0806350105. PMC 2734112. PMID 18779588.
- Fälker S; Nelson AL; Morfeldt E et al. (November 2008). “Sortase-mediated assembly and surface topology of adhesive pneumococcal pili”. Molecular Microbiology 70 (3): 595–607. doi:10.1111/j.1365-2958.2008.06396.x. PMC 2680257. PMID 18761697.
- “Amide bonds assemble pili on the surface of bacilli”. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105 (29): 10215–10220. (July 2008). doi:10.1073/pnas.0803565105. PMC 2481347. PMID 18621716.
- “Sortase A utilizes an ancillary protein anchor for efficient cell wall anchoring of pili in Streptococcus agalactiae”. Infection and Immunity 76 (8): 3550–3560. (August 2008). doi:10.1128/IAI.01613-07. PMC 2493207. PMID 18541657.
- Bagnoli F; Moschioni M; Donati C et al. (August 2008). “A second pilus type in Streptococcus pneumoniae is prevalent in emerging serotypes and mediates adhesion to host cells”. Journal of Bacteriology 190 (15): 5480–92. doi:10.1128/JB.00384-08. PMC 2493256. PMID 18515415.
- “SipA is required for pilus formation in Streptococcus pyogenes serotype M3”. Journal of Bacteriology 190 (2): 527–535. (January 2008). doi:10.1128/JB.01520-07. PMC 2223711. PMID 17993527.
- “Housekeeping sortase facilitates the cell wall anchoring of pilus polymers in Corynebacterium diphtheriae”. Molecular Microbiology 66 (4): 961–974. (November 2007). doi:10.1111/j.1365-2958.2007.05968.x. PMC 2841690. PMID 17919283.
- “Assembly of pili on the surface of Bacillus cereus vegetative cells”. Molecular Microbiology 66 (2): 495–510. (October 2007). doi:10.1111/j.1365-2958.2007.05939.x. PMID 17897374.
- “Relative contributions of Enterococcus faecalis OG1RF sortase-encoding genes, srtA and bps (srtC), to biofilm formation and a murine model of urinary tract infection”. Infection and Immunity 75 (11): 5399–5404. (November 2007). doi:10.1128/IAI.00663-07. PMC 2168291. PMID 17785477.
- Manetti AG; Zingaretti C; Falugi F et al. (May 2007). “Streptococcus pyogenes pili promote pharyngeal cell adhesion and biofilm formation”. Molecular Microbiology 64 (4): 968–83. doi:10.1111/j.1365-2958.2007.05704.x. PMID 17501921.
- “Corynebacterium diphtheriae employs specific minor pilins to target human pharyngeal epithelial cells”. Molecular Microbiology 64 (1): 111–124. (April 2007). doi:10.1111/j.1365-2958.2007.05630.x. PMC 2844904. PMID 17376076.
- Nallapareddy SR; Singh KV; Sillanpää J et al. (October 2006). “Endocarditis and biofilm-associated pili of Enterococcus faecalis”. The Journal of Clinical Investigation 116 (10): 2799–807. doi:10.1172/JCI29021. PMC 1578622. PMID 17016560.
- “Pili with strong attachments: Gram-positive bacteria do it differently”. Molecular Microbiology 62 (2): 320–330. (October 2006). doi:10.1111/j.1365-2958.2006.05279.x. PMID 16978260.
- “Type III pilus of corynebacteria: Pilus length is determined by the level of its major pilin subunit”. Journal of Bacteriology 188 (17): 6318–6325. (September 2006). doi:10.1128/JB.00606-06. PMC 1595371. PMID 16923899.
- Rosini R; Rinaudo CD; Soriani M et al. (July 2006). “Identification of novel genomic islands coding for antigenic pilus-like structures in Streptococcus agalactiae”. Molecular Microbiology 61 (1): 126–41. doi:10.1111/j.1365-2958.2006.05225.x. PMID 16824100.
- Dramsi S; Caliot E; Bonne I et al. (June 2006). “Assembly and role of pili in group B streptococci”. Molecular Microbiology 60 (6): 1401–13. doi:10.1111/j.1365-2958.2006.05190.x. PMID 16796677.
- “Assembly of distinct pilus structures on the surface of Corynebacterium diphtheriae”. Journal of Bacteriology 188 (4): 1526–1533. (February 2006). doi:10.1128/JB.188.4.1526-1533.2006. PMC 1367254. PMID 16452436.
- “Protein sorting to the cell wall envelope of Gram-positive bacteria”. Biochimica et Biophysica Acta 1694 (1–3): 269–278. (November 2004). doi:10.1016/j.bbamcr.2004.04.014. PMID 15546671.
- “Sortases and pilin elements involved in pilus assembly of Corynebacterium diphtheriae”. Molecular Microbiology 53 (1): 251–261. (July 2004). doi:10.1111/j.1365-2958.2004.04117.x. PMID 15225319.
- “Assembly of pili in Gram-positive bacteria”. Trends in Microbiology 12 (5): 228–234. (May 2004). doi:10.1016/j.tim.2004.03.004. PMID 15120142.
- “Assembly of pili on the surface of Corynebacterium diphtheriae”. Molecular Microbiology 50 (4): 1429–1438. (November 2003). doi:10.1046/j.1365-2958.2003.03782.x. PMID 14622427.