Struktur und Funktion von TcdA1 und TcdB2-TccC3 eines Tc-Toxinkomplexes aus Photorhabdus luminescens

Abstract

Das Bakterium Photorhabdus luminescens lebt in einer mutualistischen Symbiose mit Nematoden der Gattung Heterorhabditis. Die Nematoden dringen in das Hämozöl und den Gastrointestinaltrakt verschiedener Insektenarten ein und sondern dort über ihre Körperausgänge die Bakterien ab. Um die Immunabwehr des Insekts zu umgehen und das Insekt zu töten, sekretiert Photorhabdus luminescens eine Vielzahl von Virulenzfaktoren, insbesondere Tc-Toxine. Tc-Toxine sind aus jeweils einer A-, B- und C-Komponente aufgebaut, die einen 1,7 Megadalton großen Holotoxinkomplex bilden. Dieser Komplex enthält ein toxisches Enzym, das nach Übertragung in die Wirtszelle durch Modifikation von Proteinen zum Zelltod führt. In der hier vorliegenden Arbeit wurden die dreidimensionalen Strukturen der pentameren AKomponente (TcdA1-Präpore aus Photorhabdus luminescens) und des Heterodimers der Bund C-Komponente (TcdB2-TccC3 aus Photorhabdus luminescens) mittels Röntgenkristallographie bestimmt. Das TcdB2-TccC3-Heterodimer bildet eine kokonähnliche Struktur und enthält im C-terminalen Bereich von TccC3 eine intrinsische Aspartatproteasedomäne. Diese Domäne spaltet den C-Terminus von TccC3 ab, der als ADPRibosyltransferase C3 die eigentlich toxische Komponente bildet, die wahrscheinlich in einem entfalteten Zustand im Kokon vorliegt. Desweiteren verschließt ein unsymmetrischer β-Propeller den Kokon in TcdB2. Die TcdA1-Struktur zeigt ein Pentamer, das aus einer äußeren Hülle und einem zentralen Translokationskanal aufgebaut ist. Die äußere Hülle enthält Insertionen, die sich in rezeptorbindende Domänen und in ein neuraminidaseähnliches Pentamer falten. Aufgrund der Homologie zu Sialidasen könnte dieses Pentamer Glykoproteine in der Wirtszelle enzymatisch spalten. Die rezeptorbindenden Domänen zeigen Homologien zu Interleukin- und Interferon- Rezeptoruntereinheiten. Durch Interaktionen mit Mitgliedern dieser Zytokinrezeptorfamilie könnte das TcdA1-Pentamer an der Wirtszellmembran stabilisiert und die Penetration der Membran durch den TcdA1-Translokationskanal bei einer Konformationsänderung unterstützt werden.