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Nature Communications 13권, 기사 번호: 7411(2022) 이 기사 인용

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Pili는 접착, 생물막 형성, 운동성, 세포 간 통신, DNA 흡수 및 수평 유전자 전달과 같은 박테리아 및 고세균 세포 과정에서 역할을 하는 필라멘트 표면 확장입니다. 모델 Archaeaon Sulfolobus acidocaldarius는 IV형 필루스 슈퍼패밀리(고세균, 고세균 접착 필리 및 UV 유도 필리)의 세 가지 필라멘트와 "스레드"라는 이름의 지금까지 특성화되지 않은 네 번째 필라멘트를 조립합니다. 여기서 우리는 고세균 실의 극저온-EM 구조에 대해 보고합니다. 필라멘트는 고도로 글리코실화되어 있으며 머리에서 꼬리까지 배열된 단백질 Saci_0406의 하위 단위로 구성됩니다. Saci_0406은 박테리아 유형 I 필린과 구조적 유사성을 나타내지만 서열 상동성은 낮습니다. 실 하위 단위는 박테리아 샤페론-어셔 필리를 연상시키는 특징인 기증자 가닥 보완을 통해 상호 연결됩니다. 그러나 전체적인 구조의 이러한 유사성에도 불구하고 고대의 실은 독립적으로 진화한 것으로 보이며 별개의 메커니즘에 의해 조립되었을 가능성이 높습니다.

표면에 부착하고 생물막을 형성하는 능력은 미생물의 생명과 질병의 발달에 필수적입니다. 표면 접착 및 생물막 형성은 원핵 세포 표면에서 연장되는 다양한 필라멘트에 의해 촉진됩니다. 박테리아에서는 다양한 접착 필라멘트가 잘 연구되었습니다. 여기에는 그람 음성 박테리아의 샤페론 어셔(CU), 컬리, IV형(T4P) 및 V형 필리(T5P), 그람 양성 박테리아의 소타제 의존성 필리가 포함됩니다5,6,7,8,9, 10,11.

고세균에서는 세포 접착과 생물막 형성이 훨씬 덜 이해됩니다. 지금까지 가장 잘 연구된 고세균 접착 필라멘트는 IV형 섬모 슈퍼패밀리(T4FF)12,13,14,15입니다. T4FF는 박테리아와 고세균에 보존되어 있으며 IV형 필린(T4P)이라고 불리는 나선형으로 조직된 막대사탕 모양의 하위 단위로 구성됩니다. T4P는 보존된 소수성 N-말단 α-나선과 β-가닥이 풍부한 가변 구형 C-말단이 특징입니다. T4FF에는 공통 조립 경로가 있습니다. 하위 단위는 처음에 프리필린으로 발현되고 Sec translocon16에 의해 세포막에 삽입됩니다. 클래스 III 신호 펩티다제에 의해 N 말단 신호 펩타이드가 절단되면 필린은 막 스패닝 및 ATPase 구동 다중단백질 복합체에 의해 촉매되는 과정에서 초기 T4FF 필라멘트에 삽입될 준비가 됩니다. 조립된 섬모에서 α-나선은 필라멘트의 핵심을 형성하고 구형 도메인은 세포외 배지를 향합니다. T4FF에서 상동 유전자의 공동 선택 및 적응으로 인해 운동성 및 DNA 흡수와 같은 추가 기능을 갖춘 다양한 T4P 유사 필라멘트가 생성되었습니다.

최근 증거는 박테리아 샤페론-어셔(CU) 필리를 연상시키는 특성을 공유하는 또 다른 유형의 고세균 접착 필라멘트21의 존재를 시사합니다. 이들은 생물막 형성과 병원성 균주의 독성에 핵심적인 역할을 하는 표면 필라멘트입니다22. CU pili에는 요로병원성 대장균에서 발견되는 Type I 및 P pili가 포함되며 이러한 박테리아가 내피 세포 표면에 부착할 수 있습니다22,23. 세포 표면 부착은 필라멘트의 말단 말단을 덮고 숙주 세포 표면의 당지질 수용체에 있는 당 잔기에 선택적인 특수 부착소에 의해 매개됩니다24,25.

Fimbriae는 하위 단위와 같은 필린으로 조립된 중공 섬유입니다. 이러한 하위 단위는 초기에 전구체 단백질로 발현되고 Sec translocon에 의해 주변세포질 공간으로 분비됩니다. 이러한 필라멘트의 하위 단위는 N 말단(β 가닥) 확장(NTE)과 불완전한 면역글로빈 유사 접힘(머리)이 있는 C 말단 구형 도메인으로 구성된 보존된 구조를 가지고 있습니다. 조립된 필라멘트에서 각 하위 단위는 기증자 가닥 보완(DSC)이라는 과정을 통해 인접한 하위 단위의 β 배럴에 꼬리를 삽입합니다. 여러 수소 결합의 형성을 수반하는 이 메커니즘은 하위 단위를 매우 안정적인 필라멘트로 연결합니다.