細(xì)菌III型分泌系統(tǒng)-課件

細(xì)菌Ⅲ型分泌系統(tǒng)安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)預(yù)防獸醫(yī)學(xué)

11720695楊驍細(xì)菌Ⅲ型分泌系統(tǒng)安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)預(yù)防獸醫(yī)學(xué)1主要內(nèi)容一、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的概述二、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成 三、Ⅲ型分泌系統(tǒng)分泌機(jī)制四、Ⅲ型分泌系統(tǒng)與細(xì)菌致病性五、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的特點(diǎn)六、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的展望主要內(nèi)容一、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的概述2一、細(xì)菌分泌系統(tǒng)的概述

細(xì)菌分泌系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn),是近年來(lái)細(xì)菌致病機(jī)制研究的重要進(jìn)展。致病菌為了在宿主體內(nèi)生存、繁殖和擴(kuò)散,必須分泌一些蛋白性質(zhì)的毒力因子;而一些非致病菌為了適應(yīng)其生活環(huán)境,也向外分泌一些蛋白質(zhì)。一、細(xì)菌分泌系統(tǒng)的概述

細(xì)菌分泌系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn),是近年來(lái)細(xì)菌致病3革蘭氏陰性細(xì)菌有許多分泌蛋白和外露蛋白,雖然細(xì)菌分泌的這些蛋白功能各異,但系統(tǒng)發(fā)育和遺傳進(jìn)化分析表明,細(xì)菌是通過(guò)相對(duì)較少的幾種分泌機(jī)制將這些蛋白分泌出去的。目前認(rèn)為革蘭氏陰性菌的分泌系統(tǒng)有5個(gè)類型,即Ι~V型,均由一些具有特殊功能的蛋白質(zhì)、多肽組成。另外,第五種大分子分泌途徑和質(zhì)粒的接合轉(zhuǎn)移有關(guān)。IV型

革蘭氏陰性細(xì)菌有許多分泌蛋白和外露蛋白,雖然細(xì)菌分泌的這些4根據(jù)是否依賴信號(hào)肽(signalsequence，sec)的特點(diǎn)，可將其分為sec依賴性和sec不依賴性兩類。

I、Ⅲ型分泌系統(tǒng)是sec不依賴性的，Ⅱ、Ⅳ型是sec依賴性的。根據(jù)是否依賴信號(hào)肽(signalsequence，5現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的Ⅲ型分泌系統(tǒng)主要存在于耶爾森氏菌(Yersinieae)、腸炎沙門氏菌(Salmonellaenterica)、志賀氏菌(Shigella)、埃希氏大腸桿菌(Escherichiacoli)等；

致病菌通過(guò)注射毒力因子到宿主細(xì)胞中，被注入的細(xì)菌毒力蛋白在宿主細(xì)胞中刺激或干擾宿主細(xì)胞的代謝過(guò)程，支配細(xì)菌與宿主細(xì)胞的相互作用，從而引起諸如鼠疫、傷寒、痢疾等許多疾病?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的Ⅲ型分泌系統(tǒng)主要存在于耶爾森氏菌(Yersin6細(xì)菌感染宿主細(xì)胞：鼠傷寒沙門氏菌（橙色）在宿主細(xì)胞中（藍(lán)色）建立感染細(xì)菌感染宿主細(xì)胞：鼠傷寒沙門氏菌（橙色）在宿主細(xì)胞中（藍(lán)色）7病原菌為了生存和進(jìn)入真核宿主細(xì)胞，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化逐漸形成了入侵宿主細(xì)胞的特異性機(jī)制，其中最顯著的機(jī)制是細(xì)菌Ⅲ型分泌系統(tǒng)(T3SS)。T3SS可以將病原菌效應(yīng)蛋白直接注入宿主細(xì)胞中。最初T3SS只是在少數(shù)的致病菌中發(fā)現(xiàn)，后來(lái)在人類、動(dòng)物甚至植物的共生菌或益生菌中都有發(fā)現(xiàn)。病原菌為了生存和進(jìn)入真核宿主細(xì)胞，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化逐漸形成了入侵8近幾年在T3SS的結(jié)構(gòu)、裝配以及致病機(jī)理的研究上取得巨大的進(jìn)展。研究T3SS的裝配不僅有助于探索病原菌的致病機(jī)制，還對(duì)研究細(xì)胞器裝配和蛋白分泌有很大的幫助。近幾年在T3SS的結(jié)構(gòu)、裝配以及致病機(jī)理的研究上取得巨大的9二、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成 各種病原菌的T3SS在透射電子顯微鏡下觀察都很相似，其結(jié)構(gòu)很像注射器，有人稱之為針頭復(fù)合物(needlecomplex，NC)或“注射器”，目前已有了較為規(guī)范的新名詞：T3SS注射裝置(injectisome)。來(lái)自鼠傷寒沙門氏菌TS33電鏡照片Ⅲ型分泌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)二、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成 各種病原菌的T3SS在透射電10T3SS注射裝置的核心是一個(gè)針頭狀的復(fù)合物，由一個(gè)多環(huán)型基座和一個(gè)針頭狀突起組成，T3SS由多環(huán)型基座固定在細(xì)菌表面，基座中貫穿有圓柱狀的連接針頭和基座的桿。T3SS注射裝置的核心是一個(gè)針頭狀的復(fù)合物，由一個(gè)多環(huán)型基座11不同分泌系統(tǒng)的基座環(huán)形級(jí)結(jié)構(gòu)有所不同，但都是由12到14個(gè)亞基構(gòu)成復(fù)合物，基座不僅可以幫助蛋白穿過(guò)細(xì)菌的內(nèi)膜和外膜，而且和周質(zhì)中的分泌結(jié)構(gòu)有密切的聯(lián)系。針頭狀突起是一個(gè)直的中空筒狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)約60nm，其內(nèi)部有專門輸送分泌蛋白狹窄的的中心孔道(約2～3nm)，孔道從底部的環(huán)狀結(jié)構(gòu)一直延伸到針頭的頂端。中心孔道非常小，折疊的蛋白要經(jīng)過(guò)伸展后才能從中通過(guò)。針頭結(jié)構(gòu)可以將細(xì)菌的效應(yīng)蛋白直接注入宿主細(xì)胞。不同分泌系統(tǒng)的基座環(huán)形級(jí)結(jié)構(gòu)有所不同，但都是由12到14個(gè)亞12Ⅲ型分泌系統(tǒng)組成Ⅲ型分泌系統(tǒng)通常由30～40kbp大小的基因編碼，以毒力島(Pathogenicityisland)的形式存在于細(xì)菌的質(zhì)?；蛉旧w上。與基因組其他部分相比，該分泌系統(tǒng)基因的DNAG+C含量較低，編碼Ⅲ型分泌系統(tǒng)的基因常常是成簇的。在致病菌中，Ⅲ型分泌系統(tǒng)基因簇通常位于染色體或質(zhì)粒上，常通過(guò)進(jìn)化而獲得。而在相關(guān)的非致病菌株中大多缺乏這些致病區(qū)，但一般有相似或相同的相鄰序列。PsicA、Sicp編碼Ⅲ型分泌系統(tǒng)Ⅲ型分泌系統(tǒng)組成Ⅲ型分泌系統(tǒng)通常由30～40kbp大小的基13動(dòng)、植物致病菌的Ⅲ型分泌系統(tǒng)有許多高度保守的主要結(jié)構(gòu)成分，由20種以上的蛋白質(zhì)組成，是所有已知蛋白分泌系統(tǒng)中最復(fù)雜的；在分泌中，不同的蛋白發(fā)揮各自的功能。Ⅲ型分泌系統(tǒng)的組分包括：分泌蛋白質(zhì)、伴侶蛋白、分泌器蛋白和調(diào)節(jié)蛋白。T3SS模型圖動(dòng)、植物致病菌的Ⅲ型分泌系統(tǒng)有許多高度保守的主要結(jié)構(gòu)成分，14伴侶蛋白：三型分泌系統(tǒng)分泌的蛋白。需要小的、通常是酸性、位于細(xì)胞質(zhì)膜的附屬蛋白，特異結(jié)合和分泌蛋白結(jié)合發(fā)揮幫助分泌和分泌前的穩(wěn)定作用。在已發(fā)現(xiàn)的俘侶蛋白中，SycE/YeaA,SycH作為YopE、YopH的分子伴侶、LetH／SycD作為YopB、YopD的分子伴侶調(diào)節(jié)蛋白：包括invF、FhilA—iagB、phoPQ、操縱子等若干蛋白，對(duì)三型分泌系統(tǒng)的基因表達(dá)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用分泌蛋白可借助于分泌器形成的通道,在分子伴侶的幫助下,直接從細(xì)胞質(zhì)分泌到細(xì)胞外。分泌過(guò)程受謂節(jié)蛋白的調(diào)節(jié)。若細(xì)菌接觸上皮細(xì)胞，可將一些分泌蛋白注入宿主細(xì)胞中。分泌蛋白的進(jìn)入，可促進(jìn)細(xì)菌侵入上皮細(xì)胞。如果缺失某個(gè)分泌器基因，常會(huì)導(dǎo)致分泌蛋白無(wú)法分泌到細(xì)胞外。伴侶蛋白：調(diào)節(jié)蛋白：分泌蛋白15細(xì)菌III型分泌系統(tǒng)-課件161)內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的LcrD家族，可形成一個(gè)中央通道；

2)細(xì)胞質(zhì)ATP酶YscN家族，其同源性蛋白在已知的細(xì)菌、真核、古細(xì)菌三型分泌系統(tǒng)中均存在；3)YscO、YscP及同源蛋白這個(gè)位點(diǎn)被氨基酸同源性小或無(wú)的基因所占據(jù)；4)YscF、Yscl、YscK，YscL家族有完全的親水特性，可能位于細(xì)胞質(zhì)；5)YopN及同源性蛋白位于細(xì)菌表面，在鈣離子存在條件下以及不接觸真核細(xì)胞時(shí)，通道關(guān)閉；6)YscC家族及其同源性蛋白是形成通道使分泌蛋白穿過(guò)外膜；7)形成鞭毛的成分等。

分泌器蛋白：不同三型分泌系統(tǒng)的分泌器蛋白有氨基酸同源性，可分為幾大類：分泌器蛋白：不同三型分泌系統(tǒng)的分泌器蛋白有氨基酸同源性，可分17認(rèn)為T3SS和鞭毛系統(tǒng)同源，示意圖如下認(rèn)為T3SS和鞭毛系統(tǒng)同源，示意圖如下18三、Ⅲ型分泌系統(tǒng)分泌機(jī)制及調(diào)控細(xì)菌的Ⅲ型分泌系統(tǒng)是一步性分泌,是sec不依賴性的所分泌的效應(yīng)蛋白不在胞漿間隙中停留,也不被切割,直接從胞質(zhì)輸送到細(xì)胞表面。Ⅲ型分泌系統(tǒng)的分泌信號(hào)長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是位于分泌蛋白的N端的15～20個(gè)氨基酸。三、Ⅲ型分泌系統(tǒng)分泌機(jī)制及調(diào)控細(xì)菌的Ⅲ型分泌系統(tǒng)是一步性19Ⅲ型分泌系統(tǒng)可釋放幾種效應(yīng)蛋白,刺激宿主細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,導(dǎo)致一系列的細(xì)胞效應(yīng)。Ⅲ型分泌系統(tǒng)可釋放幾種效應(yīng)蛋白,刺激宿主細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)20Ⅲ型分泌系統(tǒng)分泌蛋白的分泌信號(hào)不依賴于信號(hào)肽,而是通過(guò)其他途徑。諸如mRNA的5’端、分泌蛋白的N端、分泌前分泌蛋白與相應(yīng)的伴侶分子結(jié)合等情況。其中與伴侶分子結(jié)合則是確保分泌前的穩(wěn)定性和有效分泌的主要環(huán)節(jié)。與分子伴侶結(jié)合分泌蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程Ⅲ型分泌系統(tǒng)分泌蛋白的分泌信號(hào)不依賴于信號(hào)肽,而是通過(guò)其21另外,該系統(tǒng)通常在細(xì)菌與宿主細(xì)胞接觸之后啟動(dòng),并且分泌產(chǎn)物能夠注入細(xì)胞,從而影響宿主細(xì)胞的信號(hào)活動(dòng),以利于細(xì)菌的入侵。另外,該系統(tǒng)通常在細(xì)菌與宿主細(xì)胞接觸之后啟動(dòng),并且分22細(xì)菌用特異的不同方法調(diào)節(jié)III型分泌的表達(dá)。調(diào)節(jié)發(fā)生在轉(zhuǎn)錄和翻譯后水平。調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)控由一個(gè)或幾個(gè)專一性的轉(zhuǎn)錄因子和全局調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的組分完成,全局調(diào)控網(wǎng)絡(luò)控制III型分泌組分對(duì)不同的環(huán)境刺激的表達(dá),如溫度、滲透壓、氮源的獲得、二價(jià)陽(yáng)離子、pH和生長(zhǎng)周期。在一些細(xì)菌中,III型基因的表達(dá)也由感應(yīng)分泌過(guò)程本身來(lái)控制。細(xì)菌用特異的不同方法調(diào)節(jié)III型分泌的表達(dá)。調(diào)節(jié)發(fā)生在轉(zhuǎn)錄23分泌過(guò)程的翻譯后調(diào)控與系統(tǒng)中刺激這個(gè)調(diào)控的生理信號(hào)和與宿主因子的接觸有關(guān)。其中，T3SS注射裝置對(duì)分泌效應(yīng)蛋白的調(diào)節(jié)具有一定的選擇性。T3SS注射裝置只允許少量的分泌蛋白通過(guò)。分泌蛋白必須正確識(shí)別和通過(guò)不同的注射裝置。分泌蛋白首先識(shí)別注射裝置的開(kāi)口，然后開(kāi)始伸展通過(guò)狹窄的注射裝置口，進(jìn)入宿主細(xì)胞后形成效應(yīng)蛋白。分泌蛋白識(shí)別注射裝置的機(jī)制很復(fù)雜，需要多種信號(hào)肽、分子伴侶(伴侶蛋白)和輔助蛋白的幫助。在這些蛋白的幫助下分泌蛋白才能從直接從細(xì)菌的胞質(zhì)中分泌到細(xì)胞外。分泌過(guò)程的翻譯后調(diào)控與系統(tǒng)中刺激這個(gè)調(diào)控的生理信號(hào)和與宿主因24四、Ⅲ型分泌系統(tǒng)與細(xì)菌致病性致病蛋白常類似于真核細(xì)胞因子,具有信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的作用,并且能干擾真核生物的信號(hào)途徑。修改細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可導(dǎo)致宿主免疫反應(yīng)紊亂或細(xì)胞骨架重組織,為細(xì)菌定植建立亞細(xì)胞的生態(tài)環(huán)境。不同的病原菌能夠分泌不同的蛋白質(zhì),作用于不同的宿主細(xì)胞和分子，產(chǎn)生不同的疾病和癥狀。四、Ⅲ型分泌系統(tǒng)與細(xì)菌致病性致病蛋白常類似于真核細(xì)胞因子,25人們所知的對(duì)動(dòng)物致病的效應(yīng)蛋白約20余種。其中6種由耶爾森氏菌屬分泌,包括:YopE、YopH、YopM、YopJ/P、YopO/YopA和YopT;沙門氏菌屬SPⅠ-1編碼裝置分泌有8種:AvrA、SipA、SipC、SopB、SopD、SopE、SotP和SspH1;SPⅠ-2系統(tǒng)分泌的有4種:ExoS、ExoT、ExoV和ExoY;志賀氏菌屬分泌有2種:IpaA和IpaC。人們所知的對(duì)動(dòng)物致病的效應(yīng)蛋白約20余種。其中6種由耶爾森26耶爾森氏菌有3種效應(yīng)蛋白干擾細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)，其中：YopH引起局部黏附部位幾種蛋白去磷酸化,從而導(dǎo)致這些復(fù)合物解離,引起細(xì)胞骨架重組。YopE可修飾巨噬細(xì)胞蛋白,破壞細(xì)胞的功能,使巨噬細(xì)胞不能夠吞噬和殺傷細(xì)菌;志賀氏菌屬利用2個(gè)效應(yīng)蛋白作用于細(xì)胞骨架,使菌細(xì)胞進(jìn)入非吞噬細(xì)胞,如侵入大腸的黏膜上皮細(xì)胞并在其中繁殖,起定居作用。耶爾森氏菌有3種效應(yīng)蛋白干擾細(xì)胞骨架動(dòng)力學(xué)，其中：27沙門氏菌屬SPⅠ-1和SPⅠ-2基因編碼的產(chǎn)物,可使宿主細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞因子,可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡,還可以促使在細(xì)菌表面裝配與宿主細(xì)胞相接觸的侵襲小體等附屬結(jié)構(gòu)。沙門氏菌屬SPⅠ-1和SPⅠ-2基因編碼的產(chǎn)物,可使28五、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的特點(diǎn)大多數(shù)細(xì)菌只有一套Ⅲ型分泌系統(tǒng),少數(shù)細(xì)菌，如鼠傷寒沙門氏菌則有2套完全獨(dú)立的分泌系統(tǒng)在感染的不同階段發(fā)揮作用。一套系統(tǒng)分泌的蛋白參與對(duì)真核細(xì)胞的侵入,另一套則用于細(xì)菌侵入真核細(xì)胞后的生存。五、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的特點(diǎn)大多數(shù)細(xì)菌只有一套Ⅲ型分泌系統(tǒng),29⑴該分泌系統(tǒng)是一種多成分分泌系統(tǒng),在革蘭氏陰性細(xì)菌中高度保守;⑵其分泌蛋白不具有典型的分泌蛋白分泌依賴的sec模式的氨基酸末端序列;⑶分泌需要輔助蛋白;⑷分泌蛋白質(zhì)通過(guò)細(xì)菌的內(nèi)外兩層膜;⑴該分泌系統(tǒng)是一種多成分分泌系統(tǒng),在革蘭氏陰性細(xì)菌中高30⑸能夠把效應(yīng)分子直接從胞質(zhì)輸送到細(xì)胞表面;⑹溫度、鹽度等環(huán)境因素,可以誘導(dǎo)分泌裝置和效應(yīng)分子的合成;⑺編碼Ⅲ型分泌系統(tǒng)的許多成分基因與編碼許多革蘭氏陰性細(xì)菌和革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌的鞭毛裝置的基因有一定的同源性;⑻編碼Ⅲ型分泌系統(tǒng)的基因可在細(xì)菌間傳遞。⑸能夠把效應(yīng)分子直接從胞質(zhì)輸送到細(xì)胞表面;31六、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的展望對(duì)于Ⅲ型分泌系統(tǒng)的研究能更好地理解革蘭氏陰性菌的致病性以及生物體的防御系統(tǒng)。從醫(yī)學(xué)角度看,對(duì)其研究有利于發(fā)展新疫苗和抗微生物新藥。Ⅲ型分泌可能為定向輸送工程蛋白、影響細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等提供有用的工具。六、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的展望對(duì)于Ⅲ型分泌系統(tǒng)的研究能更好地理解32希望老師批評(píng)指正希望老師批評(píng)指正33細(xì)菌Ⅲ型分泌系統(tǒng)安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)預(yù)防獸醫(yī)學(xué)

11720695楊驍細(xì)菌Ⅲ型分泌系統(tǒng)安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)預(yù)防獸醫(yī)學(xué)34主要內(nèi)容一、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的概述二、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成 三、Ⅲ型分泌系統(tǒng)分泌機(jī)制四、Ⅲ型分泌系統(tǒng)與細(xì)菌致病性五、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的特點(diǎn)六、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的展望主要內(nèi)容一、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的概述35一、細(xì)菌分泌系統(tǒng)的概述

細(xì)菌分泌系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn),是近年來(lái)細(xì)菌致病機(jī)制研究的重要進(jìn)展。致病菌為了在宿主體內(nèi)生存、繁殖和擴(kuò)散,必須分泌一些蛋白性質(zhì)的毒力因子;而一些非致病菌為了適應(yīng)其生活環(huán)境,也向外分泌一些蛋白質(zhì)。一、細(xì)菌分泌系統(tǒng)的概述

細(xì)菌分泌系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn),是近年來(lái)細(xì)菌致病36革蘭氏陰性細(xì)菌有許多分泌蛋白和外露蛋白,雖然細(xì)菌分泌的這些蛋白功能各異,但系統(tǒng)發(fā)育和遺傳進(jìn)化分析表明,細(xì)菌是通過(guò)相對(duì)較少的幾種分泌機(jī)制將這些蛋白分泌出去的。目前認(rèn)為革蘭氏陰性菌的分泌系統(tǒng)有5個(gè)類型,即Ι~V型,均由一些具有特殊功能的蛋白質(zhì)、多肽組成。另外,第五種大分子分泌途徑和質(zhì)粒的接合轉(zhuǎn)移有關(guān)。IV型

革蘭氏陰性細(xì)菌有許多分泌蛋白和外露蛋白,雖然細(xì)菌分泌的這些37根據(jù)是否依賴信號(hào)肽(signalsequence，sec)的特點(diǎn)，可將其分為sec依賴性和sec不依賴性兩類。

I、Ⅲ型分泌系統(tǒng)是sec不依賴性的，Ⅱ、Ⅳ型是sec依賴性的。根據(jù)是否依賴信號(hào)肽(signalsequence，38現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的Ⅲ型分泌系統(tǒng)主要存在于耶爾森氏菌(Yersinieae)、腸炎沙門氏菌(Salmonellaenterica)、志賀氏菌(Shigella)、埃希氏大腸桿菌(Escherichiacoli)等；

致病菌通過(guò)注射毒力因子到宿主細(xì)胞中，被注入的細(xì)菌毒力蛋白在宿主細(xì)胞中刺激或干擾宿主細(xì)胞的代謝過(guò)程，支配細(xì)菌與宿主細(xì)胞的相互作用，從而引起諸如鼠疫、傷寒、痢疾等許多疾病?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的Ⅲ型分泌系統(tǒng)主要存在于耶爾森氏菌(Yersin39細(xì)菌感染宿主細(xì)胞：鼠傷寒沙門氏菌（橙色）在宿主細(xì)胞中（藍(lán)色）建立感染細(xì)菌感染宿主細(xì)胞：鼠傷寒沙門氏菌（橙色）在宿主細(xì)胞中（藍(lán)色）40病原菌為了生存和進(jìn)入真核宿主細(xì)胞，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化逐漸形成了入侵宿主細(xì)胞的特異性機(jī)制，其中最顯著的機(jī)制是細(xì)菌Ⅲ型分泌系統(tǒng)(T3SS)。T3SS可以將病原菌效應(yīng)蛋白直接注入宿主細(xì)胞中。最初T3SS只是在少數(shù)的致病菌中發(fā)現(xiàn)，后來(lái)在人類、動(dòng)物甚至植物的共生菌或益生菌中都有發(fā)現(xiàn)。病原菌為了生存和進(jìn)入真核宿主細(xì)胞，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化逐漸形成了入侵41近幾年在T3SS的結(jié)構(gòu)、裝配以及致病機(jī)理的研究上取得巨大的進(jìn)展。研究T3SS的裝配不僅有助于探索病原菌的致病機(jī)制，還對(duì)研究細(xì)胞器裝配和蛋白分泌有很大的幫助。近幾年在T3SS的結(jié)構(gòu)、裝配以及致病機(jī)理的研究上取得巨大的42二、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成 各種病原菌的T3SS在透射電子顯微鏡下觀察都很相似，其結(jié)構(gòu)很像注射器，有人稱之為針頭復(fù)合物(needlecomplex，NC)或“注射器”，目前已有了較為規(guī)范的新名詞：T3SS注射裝置(injectisome)。來(lái)自鼠傷寒沙門氏菌TS33電鏡照片Ⅲ型分泌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)二、Ⅲ型分泌系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成 各種病原菌的T3SS在透射電43T3SS注射裝置的核心是一個(gè)針頭狀的復(fù)合物，由一個(gè)多環(huán)型基座和一個(gè)針頭狀突起組成，T3SS由多環(huán)型基座固定在細(xì)菌表面，基座中貫穿有圓柱狀的連接針頭和基座的桿。T3SS注射裝置的核心是一個(gè)針頭狀的復(fù)合物，由一個(gè)多環(huán)型基座44不同分泌系統(tǒng)的基座環(huán)形級(jí)結(jié)構(gòu)有所不同，但都是由12到14個(gè)亞基構(gòu)成復(fù)合物，基座不僅可以幫助蛋白穿過(guò)細(xì)菌的內(nèi)膜和外膜，而且和周質(zhì)中的分泌結(jié)構(gòu)有密切的聯(lián)系。針頭狀突起是一個(gè)直的中空筒狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)約60nm，其內(nèi)部有專門輸送分泌蛋白狹窄的的中心孔道(約2～3nm)，孔道從底部的環(huán)狀結(jié)構(gòu)一直延伸到針頭的頂端。中心孔道非常小，折疊的蛋白要經(jīng)過(guò)伸展后才能從中通過(guò)。針頭結(jié)構(gòu)可以將細(xì)菌的效應(yīng)蛋白直接注入宿主細(xì)胞。不同分泌系統(tǒng)的基座環(huán)形級(jí)結(jié)構(gòu)有所不同，但都是由12到14個(gè)亞45Ⅲ型分泌系統(tǒng)組成Ⅲ型分泌系統(tǒng)通常由30～40kbp大小的基因編碼，以毒力島(Pathogenicityisland)的形式存在于細(xì)菌的質(zhì)?；蛉旧w上。與基因組其他部分相比，該分泌系統(tǒng)基因的DNAG+C含量較低，編碼Ⅲ型分泌系統(tǒng)的基因常常是成簇的。在致病菌中，Ⅲ型分泌系統(tǒng)基因簇通常位于染色體或質(zhì)粒上，常通過(guò)進(jìn)化而獲得。而在相關(guān)的非致病菌株中大多缺乏這些致病區(qū)，但一般有相似或相同的相鄰序列。PsicA、Sicp編碼Ⅲ型分泌系統(tǒng)Ⅲ型分泌系統(tǒng)組成Ⅲ型分泌系統(tǒng)通常由30～40kbp大小的基46動(dòng)、植物致病菌的Ⅲ型分泌系統(tǒng)有許多高度保守的主要結(jié)構(gòu)成分，由20種以上的蛋白質(zhì)組成，是所有已知蛋白分泌系統(tǒng)中最復(fù)雜的；在分泌中，不同的蛋白發(fā)揮各自的功能。Ⅲ型分泌系統(tǒng)的組分包括：分泌蛋白質(zhì)、伴侶蛋白、分泌器蛋白和調(diào)節(jié)蛋白。T3SS模型圖動(dòng)、植物致病菌的Ⅲ型分泌系統(tǒng)有許多高度保守的主要結(jié)構(gòu)成分，47伴侶蛋白：三型分泌系統(tǒng)分泌的蛋白。需要小的、通常是酸性、位于細(xì)胞質(zhì)膜的附屬蛋白，特異結(jié)合和分泌蛋白結(jié)合發(fā)揮幫助分泌和分泌前的穩(wěn)定作用。在已發(fā)現(xiàn)的俘侶蛋白中，SycE/YeaA,SycH作為YopE、YopH的分子伴侶、LetH／SycD作為YopB、YopD的分子伴侶調(diào)節(jié)蛋白：包括invF、FhilA—iagB、phoPQ、操縱子等若干蛋白，對(duì)三型分泌系統(tǒng)的基因表達(dá)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用分泌蛋白可借助于分泌器形成的通道,在分子伴侶的幫助下,直接從細(xì)胞質(zhì)分泌到細(xì)胞外。分泌過(guò)程受謂節(jié)蛋白的調(diào)節(jié)。若細(xì)菌接觸上皮細(xì)胞，可將一些分泌蛋白注入宿主細(xì)胞中。分泌蛋白的進(jìn)入，可促進(jìn)細(xì)菌侵入上皮細(xì)胞。如果缺失某個(gè)分泌器基因，常會(huì)導(dǎo)致分泌蛋白無(wú)法分泌到細(xì)胞外。伴侶蛋白：調(diào)節(jié)蛋白：分泌蛋白48細(xì)菌III型分泌系統(tǒng)-課件491)內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的LcrD家族，可形成一個(gè)中央通道；

2)細(xì)胞質(zhì)ATP酶YscN家族，其同源性蛋白在已知的細(xì)菌、真核、古細(xì)菌三型分泌系統(tǒng)中均存在；3)YscO、YscP及同源蛋白這個(gè)位點(diǎn)被氨基酸同源性小或無(wú)的基因所占據(jù)；4)YscF、Yscl、YscK，YscL家族有完全的親水特性，可能位于細(xì)胞質(zhì)；5)YopN及同源性蛋白位于細(xì)菌表面，在鈣離子存在條件下以及不接觸真核細(xì)胞時(shí)，通道關(guān)閉；6)YscC家族及其同源性蛋白是形成通道使分泌蛋白穿過(guò)外膜；7)形成鞭毛的成分等。

分泌器蛋白：不同三型分泌系統(tǒng)的分泌器蛋白有氨基酸同源性，可分為幾大類：分泌器蛋白：不同三型分泌系統(tǒng)的分泌器蛋白有氨基酸同源性，可分50認(rèn)為T3SS和鞭毛系統(tǒng)同源，示意圖如下認(rèn)為T3SS和鞭毛系統(tǒng)同源，示意圖如下51三、Ⅲ型分泌系統(tǒng)分泌機(jī)制及調(diào)控細(xì)菌的Ⅲ型分泌系統(tǒng)是一步性分泌,是sec不依賴性的所分泌的效應(yīng)蛋白不在胞漿間隙中停留,也不被切割,直接從胞質(zhì)輸送到細(xì)胞表面。Ⅲ型分泌系統(tǒng)的分泌信號(hào)長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是位于分泌蛋白的N端的15～20個(gè)氨基酸。三、Ⅲ型分泌系統(tǒng)分泌機(jī)制及調(diào)控細(xì)菌的Ⅲ型分泌系統(tǒng)是一步性52Ⅲ型分泌系統(tǒng)可釋放幾種效應(yīng)蛋白,刺激宿主細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,導(dǎo)致一系列的細(xì)胞效應(yīng)。Ⅲ型分泌系統(tǒng)可釋放幾種效應(yīng)蛋白,刺激宿主細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)53Ⅲ型分泌系統(tǒng)分泌蛋白的分泌信號(hào)不依賴于信號(hào)肽,而是通過(guò)其他途徑。諸如mRNA的5’端、分泌蛋白的N端、分泌前分泌蛋白與相應(yīng)的伴侶分子結(jié)合等情況。其中與伴侶分子結(jié)合則是確保分泌前的穩(wěn)定性和有效分泌的主要環(huán)節(jié)。與分子伴侶結(jié)合分泌蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程Ⅲ型分泌系統(tǒng)分泌蛋白的分泌信號(hào)不依賴于信號(hào)肽,而是通過(guò)其54另外,該系統(tǒng)通常在細(xì)菌與宿主細(xì)胞接觸之后啟動(dòng),并且分泌產(chǎn)物能夠注入細(xì)胞,從而影響宿主細(xì)胞的信號(hào)活動(dòng),以利于細(xì)菌的入侵。另外,該系統(tǒng)通常在細(xì)菌與宿主細(xì)胞接觸之后啟動(dòng),并且分55細(xì)菌用特異的不同方法調(diào)節(jié)III型分泌的表達(dá)。調(diào)節(jié)發(fā)生在轉(zhuǎn)錄和翻譯后水平。調(diào)控轉(zhuǎn)錄調(diào)控由一個(gè)或幾個(gè)專一性的轉(zhuǎn)錄因子和全局調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的組分完成,全局調(diào)控網(wǎng)絡(luò)控制III型分泌組分對(duì)不同的環(huán)境刺激的表達(dá),如溫度、滲透壓、氮源的獲得、二價(jià)陽(yáng)離子、pH和生長(zhǎng)周期。在一些細(xì)菌中,III型基因的表達(dá)也由感應(yīng)分泌過(guò)程本身來(lái)控制。細(xì)菌用特異的不同方法調(diào)節(jié)III型分泌的表達(dá)。調(diào)節(jié)發(fā)生在轉(zhuǎn)錄56分泌過(guò)程的翻譯后調(diào)控與系統(tǒng)中刺激這個(gè)調(diào)控的生理信號(hào)和與宿主因子的接觸有關(guān)。其中，T3SS注射裝置對(duì)分泌效應(yīng)蛋白的調(diào)節(jié)具有一定的選擇性。T3SS注射裝置只允許少量的分泌蛋白通過(guò)。分泌蛋白必須正確識(shí)別和通過(guò)不同的注射裝置。分泌蛋白首先識(shí)別注射裝置的開(kāi)口，然后開(kāi)始伸展通過(guò)狹窄的注射裝置口，進(jìn)入宿主細(xì)胞后形成效應(yīng)蛋白。分泌蛋白識(shí)別注射裝置的機(jī)制很復(fù)雜，需要多種信號(hào)肽、分子伴侶(伴侶蛋白)和輔助蛋白的幫助。在這些蛋白的幫助下分泌蛋白才能從直接從細(xì)菌的胞質(zhì)中分泌到細(xì)胞外。分泌過(guò)程的翻譯后調(diào)控與系統(tǒng)中刺激這個(gè)調(diào)控的生理信號(hào)和與宿主因57四、Ⅲ型分泌系統(tǒng)與細(xì)菌致病性致病蛋白常類似于真核細(xì)胞因子,具有信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的作用,并且能干擾真核生物的信號(hào)途徑。修改細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可導(dǎo)致宿主免疫反應(yīng)紊亂或細(xì)胞骨架重組織,為細(xì)菌定植建立亞細(xì)胞的生態(tài)環(huán)境。不同的病原菌能夠分泌不同的蛋白質(zhì),作用于不同的宿主細(xì)胞和分子，產(chǎn)生不同的疾病和癥狀。四、Ⅲ型分泌系統(tǒng)與細(xì)菌致病性致病蛋白常類似于真核細(xì)胞因子,58人們所知的對(duì)動(dòng)物致病的效應(yīng)蛋白約20余種。其中6種由耶爾森氏菌屬分泌,包括:YopE、YopH、YopM、YopJ/P、YopO/YopA和YopT;沙門氏菌屬SPⅠ-1編碼裝置分泌有8種:AvrA、SipA、SipC、SopB、SopD、SopE、SotP和Ss