OmpT
細菌タンパク質
プロテアーゼ7
PyMOLで視覚化されたOmpTの結晶構造（側面図と上面図）（PDB：1I78）[1]
識別子
生物大腸菌（K12株）
シンボルOmpT
ユニプロットP09169
検索
構造スイスモデル
ドメインInterPro
外膜プロテアーゼ、プラスミドF
識別子
生物大腸菌（K12株）
シンボルOmpP
ユニプロットP34210
検索
構造スイスモデル
ドメインInterPro

OmpTは、大腸菌の外膜に存在するアスパルチルプロテアーゼです。OmpTは、グラム陰性細菌の一部に見られるオムプチンプロテアーゼファミリーのサブタイプです。 [2]

構造

OmpTは、5つの細胞外ループでつながれた10本の逆平行鎖からなる33.5 kDaの外膜タンパク質です。逆平行鎖は膜の幅全体にわたるβバレル構造を形成し、孔を形成します。[1]

大腸菌のオムプチンは、染色体上のOmpT遺伝子（DLP12プロファージの一部）またはプラスミド上のOmpP遺伝子（OmpP）のいずれかからコードされます。これら2つの遺伝子由来の配列は、成熟プロテアーゼにおいて24～25%の差異を示します。[3]

OmpTと他のオムプチンファミリーのメンバーとの遺伝的差異は細胞外ループに見られ、したがってこの領域は基質特異性と関連していると考えられています。[2]また、バレルは比較的硬いのに対し、ループは様々なサイズの基質に結合できる柔軟性を持っています。[4]

メカニズム

ペプチド切断中に水の求核攻撃を媒介するOmpT上の残基を表す模式図。[1]

OmpTはもともとセリンプロテアーゼと考えられていましたが、その切断機構からアスパルチルプロテアーゼとしてよりよく特徴付けられます。[1]

OmpTの基質は負に帯電したアスパラギン酸およびグルタミン酸残基に結合するため、プロテアーゼの活性部位は陰イオン性である。そのため、OmpTは2つの塩基性（正に帯電した）残基間のペプチドを選択的に切断する。OmpTの活性部位は他のオムプチンと類似しており、Asp84、Asp86、Asp206、およびHis208の保存された残基によって特徴付けられる。 [5] OmpTによる最も一般的な結合切断は2つのアルギニン残基間の結合である。これは、アルギニン残基の正電荷が、基質結合時に活性部位の負に帯電した種と有利に相互作用するためである。[6]

活性部位の特異性のため、OmpTは切断可能な結合に隣接する負に帯電した残基を持つペプチドには作用しない。[7]また、OmpTはN末端またはC末端でペプチドを切断せず、非末端アミノ酸間のペプチドのみを切断するため、エンドペプチダーゼとして特異的に同定されている。 [8]

ペプチド結合の切断は、隣接する2つのアミノ酸残基間のカルボニル基への水の求核攻撃によって起こります。水は細胞内表面からプロテアーゼに入り、Asp83とHis212によって安定化されます。 [4]ペプチド切断に伴うプロトン移動の間、負に帯電したアスパラギン酸残基は正に帯電したヒスチジンを安定化します。[1]この位置にドッキングすると、水は活性部​​位のペプチドを攻撃する位置に配置されます。

OmpTによるペプチド結合の切断は、結合したリポ多糖（LPS）の存在にも依存する。LPSが存在しない場合、ペプチドは活性部位に深く結合しすぎて、水はカルボニル基に到達できず、切断可能な結合への求核攻撃ができなくなる。[5]

生物学的機能と疾患との関連性

大腸菌において、OmpTはハウスキーピングプロテアーゼとして細菌が遭遇する外来ペプチド物質を分解します。[9]周囲の環境に存在するペプチドを切断する能力があるため、OmpTはいくつかの病理と関連しています。

尿路感染症

尿路感染症（UTI）は、多くの場合、大腸菌が尿道に侵入して定着することで発生します。宿主の免疫系は感染と戦うためにプロタミンなどの抗菌薬を放出しますが、OmpTはカチオン性プロタミンペプチドを容易に分解するため、感染リスクが高まります。 [10] OmpTと他のUTI媒介因子（ kpsMT、cnf1、prf、sfaなど）の間には遺伝的関連がありますが、これらのタンパク質間の機能的関連は十分に解明されていません。[11]

腸内コロニー形成と敗血症

腸管出血性大腸菌（EHEC）と腸管病原性大腸菌（EPEC）は、宿主の腸管内で定着するためにOmpTに依存する病原体です。腸管内に大腸菌が存在すると、宿主は自然免疫応答の一環として抗菌ペプチドを放出します。OmpTはこれらの抗菌ペプチドを分解・不活性化するため、EHECとEPECは宿主の大腸または小腸内で定着し、深刻な下痢性疾患を引き起こす可能性があります。[12]

敗血症の場合、宿主は血液凝固系を活性化してフィブリンを沈着させ、血液中への細菌の拡散を抑制します。しかし、OmpTは組織因子経路阻害因子（TFPI）を不活性化し、宿主の免疫応答を阻害することで、腸管外大腸菌感染の拡大をさらに促進します。[13]

OmpTの進化した自殺行動

ゼブラフィッシュでは、ZF-RNase-3（A5HAK0）は、活性化されて殺菌機能を発揮するためには、プロテアーゼ（OmpTなど）によって切断される必要がある。[14]この進化した自殺メカニズムを通じて、RNaseは標的の細菌が存在する場合にのみ切断されるため、自身の活性化を媒介する。

その他の用途

OmpTは、その基質特異性により、関連する一次配列を持つタンパク質を区別できるため、質量分析に基づくプロテオミクスで使用できる潜在的なプローブとして特定されています。 [15]

参考文献

  1. ^ abcde Vandeputte-Rutten L, Kramer RA, Kroon J, Dekker N, Egmond MR, Gros P (2001年9月). 「大腸菌由来外膜プロテアーゼOmpTの結晶構造は新たな触媒部位を示唆する」EMBO J. 20 ( 18): 5033–9 . doi :10.1093/emboj/20.18.5033 . PMC  125623. PMID  11566868
  2. ^ ab Yun TH, Morrissey JH (2009年10月). 「ポリリン酸とオムプチン：新規細菌性凝固促進剤」. J. Cell. Mol. Med . 13 (10): 4146–53 . doi :10.1111/j.1582-4934.2009.00884.x. PMC 2891932. PMID 19725923  . 
  3. ^ ハイコ J、ラーコネン L、ジューティ K、カルッキネン N、コルホネン TK (2010 年 9 月)。 「エルシニア ペスティスとサルモネラ エンテリカのオムプチンは、プラスミノーゲン アクティベーター インヒビター 1 の反応性中心ループを切断します。」Ｊ．バクテリオール．192 (18): 4553–61 .土井:10.1128/JB.00458-10。PMC 2937412。PMID  20639337。 
  4. ^ ab Baaden M, Sansom MS (2004年11月). 「OmpT: 外膜酵素の分子動力学シミュレーション」. Biophys. J. 87 ( 5): 2942–53 . Bibcode :2004BpJ....87.2942B. doi :10.1529/biophysj.104.046987. PMC 1304768. PMID  15315948 . 
  5. ^ ab Eren E, van den Berg B (2012年7月). 「リポ多糖による膜貫通型プロテアーゼ活性化の構造的基盤」J. Biol. Chem . 287 (28): 23971–6 . doi : 10.1074/jbc.M112.376418 . PMC 3390672. PMID  22645135 . 
  6. ^ Hwang BY, Varadarajan N, Li H, Rodriguez S, Iverson BL, Georgiou G (2007年1月). 「大腸菌外膜プロテアーゼOmpPの基質特異性」. J. Bacteriol . 189 (2): 522–30 . doi :10.1128/JB.01493-06. PMC 1797397. PMID 17085556  . 
  7. ^ Dekker N, Cox RC, Kramer RA, Egmond MR (2001年2月). 「空間アドレス指定ペプチドライブラリーによる膜貫通型プロテアーゼOmpTの基質特異性の解析」.生化学. 40 (6): 1694– 701. doi :10.1021/bi0014195. PMID  11327829.
  8. ^ 杉村 憲治、西原 剛志 (1988年12月). 「塩基性残基対に特異性を持つ大腸菌プロテアーゼVIIの精製、特性解析、および一次構造：プロテアーゼVIIとOmpTの同一性」. J. Bacteriol . 170 (12): 5625–32 . doi :10.1128/jb.170.12.5625-5632.1988. PMC 211661. PMID  3056908 . 
  9. ^ Haiko J、Suomalainen M、Ojala T、Lähteenmäki K、Korhonen TK (2009 年 4 月)。 「招待状レビュー: 障壁の破壊 - 腸内細菌性病原体のオンプチン表面プロテアーゼによる自然免疫防御への攻撃」。自然免疫。15 (2): 67–80 .土井: 10.1177/1753425909102559。PMID  19318417。
  10. ^ Stumpe S, Schmid R, Stephens DL, Georgiou G, Bakker EP (1998年8月). 「大腸菌の増殖細胞に侵入する前に抗菌ペプチドプロタミンを加水分解するプロテアーゼとしてのOmpTの同定」J. Bacteriol . 180 (15): 4002–6 . doi :10.1128/JB.180.15.4002-4006.1998. PMC 107389. PMID  9683502 . 
  11. ^ Foxman B, Zhang L, Palin K, Tallman P, Marrs CF (1995年6月). 「初回尿路感染症における大腸菌分離株の細菌毒性特性」. J. Infect. Dis . 171 (6): 1514–21 . doi :10.1093/infdis/171.6.1514. PMID  7769286.
  12. ^ Thomassin JL, Brannon JR, Gibbs BF, Gruenheid S, Le Moual H (2012年2月). 「腸管出血性および腸管病原性大腸菌のOmpT外膜プロテアーゼは、ヒトLL-37の分解に異なる形で寄与する」. Infect. Immun . 80 (2): 483–92 . doi :10.1128/IAI.05674-11. PMC 3264287. PMID 22144482  . 
  13. ^ Yun TH, Cott JE, Tapping RI, Slauch JM, Morrissey JH (2009年1月). 「細菌性オムプチンによる組織因子経路阻害剤のタンパク質分解不活性化」. Blood . 113 (5): 1139–48 . doi :10.1182/blood-2008-05-157180. PMC 2635079. PMID 18988866  . 
  14. ^ Zanfardino A, Pizzo E, Di Maro A, Varcamonti M, D'Alessio G (2010年4月). 「ZF-RNase-3の大腸菌に対する殺菌作用は、細菌OmpTプロテアーゼの自殺作用によって引き起こされる」. FEBS J. 277 ( 8): 1921–8 . doi : 10.1111/j.1742-4658.2010.07614.x . PMID  20214681. S2CID  212827.
  15. ^ Wu C, Tran JC, Zamdborg L, et al. (2012年8月). 「ミドルダウンプロテオミクスのためのプロテアーゼ」. Nat. Methods . 9 (8): 822–4 . doi :10.1038/nmeth.2074. PMC 3430368. PMID 22706673  . 
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