Bakterielle Porenbildner haben es in sich, ein Molekül nach dem anderen

Apr 30, 2023

Australische Forscher verwenden eine neue Einzelmolekültechnik, die an der University of New South Wales (UNSW) in Sydney entwickelt wurdehaben molekulare Erkenntnisse gewonnenuntersuchen, wie bakterielle Proteine ​​die Membranen von Säugetierzellen durchbrechen.

Organismen aus allen Lebensbereichen sind mit speziellen Sätzen lochstanzender Proteine ​​ausgestattet, die dazu dienen, die Zellen anderer Organismen anzugreifen. Immunzellen von Säugetieren nutzen porenbildende Proteine, um krebsartige oder infizierte Zellen zu zerstören. Bakterien und andere Krankheitserreger nutzen diese Proteine, um sie zu lysieren oder in Wirtszellen einzudringen. Bisher hatten Forscher jedoch keine klare Vorstellung davon, wie sich einzelne Proteinmoleküle genau zu diesen Poren zusammenfügen.

Forscher des EMBL Australia Node in Single Molecule Science der UNSW Medicine & Health haben eine Einzelmolekül-Mikroskopietechnik entwickelt, um diesen Prozess zu untersuchen. Zusammen mit Mitarbeitern der Universitäten Monash und Melbourne verfolgten sie den Weg der Porenbildung durch ein bakterielles Protein namens Perfringolysin O, das auf Säugetierzellen abzielt. Die molekularen Details, wie sich dieser Proteinkomplex auf der Oberfläche von Plasmamembranen anordnet, bis hin zum Zeitpunkt Es öffnet die Poren, ist jetzt in der Fachzeitschrift eLife veröffentlicht.

„Unsere Einzelmolekül-Mikroskopiemethode ermöglicht es uns, den Zusammenbau einzelner Poren zu verfolgen. So konnten wir entscheidende Schritte dieses Weges identifizieren, um Schwachstellen und potenzielle Eingriffsmöglichkeiten zu finden“, sagte der medizinische Forscher der UNSW, außerordentlicher Professor Till Böcking leitete das Forschungsteam.

Die Identifizierung der entscheidenden Schritte in diesem Aufbauweg wird es Wissenschaftlern ermöglichen, neue Strategien zu entwickeln, um auf bestimmte porenbildende Stadien abzuzielen und deren Aktivität bei Immunität und Infektionen zu modulieren.

Mithilfe gereinigter Proteine ​​und Liposomen als einfaches Modellsystem für die Zielmembran konnten die Forscher sehen, wann sich die Poren bildeten. Durch die Beladung der Liposomen mit einem fluoreszierenden Farbstoff konnten Böcking und sein Team den genauen Zeitpunkt bestimmen, zu dem eine Pore geöffnet und der Farbstoff freigesetzt wird.

Ihre Experimente zeigten, dass, sobald sich zwei Moleküle auf der Membran verbinden, diese stabile Wechselwirkung den Prozess der Hinzufügung weiterer porenbildender Proteine ​​auslöst, um den Ring zu vervollständigen. Sie beobachteten auch, dass sich Poren öffnen konnten, noch bevor der Bau der Ringe abgeschlossen war; Ein gebildeter Lichtbogen mit nur vier Molekülen könnte eine Porenöffnung erzeugen.

„Die Botschaft zum Mitnehmen ist, dass es sich um sehr effiziente Lochstanzmaschinen handelt, die sich weiterentwickelt haben, um unter allen möglichen Umständen Poren zu bilden. Wir hoffen, dass das Verständnis, dass die Bedingungen tatsächlich den Zusammenbauweg bestimmen, die Menschen dazu bringt, die Art und Weise, wie sie ihre Experimente durchführen, zu überdenken.“ “, sagte Böcking.

Aufgrund ihrer Ergebnisse gehen die Forscher davon aus, dass der Mechanismus, den sie bei Perfringolysin O beobachtet haben, bei anderen Mitgliedern dieser Familie porenbildender Proteine ​​– sogenannten cholesterinabhängigen Cytolysinen – ähnlich sein könnte, dies muss jedoch noch getestet werden.

Böcking glaubt, dass diese neue Einzelmolekültechnik wichtige Erkenntnisse darüber liefern könnte, wie andere porenbildende Proteine ​​eingesetzt werden.

„Es handelt sich um eine leistungsstarke Methode, da sie über die Auflösung und Empfindlichkeit verfügt, um den gesamten Prozess in Echtzeit zu verfolgen. Mit diesem Ansatz können wir die Schritte und die Dynamik visualisieren, was mit anderen Methoden nur schwer möglich ist“, sagte er.

– Diese Pressemitteilung wurde von der University of New South Wales bereitgestellt