Вступление


Недавние исследования показали неожиданные свойства поверхностного белка порина В (PorB) патогенного вида бактерий Neisseria meningitidis. Показано, что PorB способен переноситься из поверхностной мембраны нейссерий в поверхностную мембрану эукариотических клеток, а затем встраиваться в мембрану митохондрий и связываться с молекулами митохондриального порина VDAC (Voltage Dependent Anionic Channel). Такое взаимодействие приводит к подавлению митохондриального пути апоптоза: в условиях клеточного стресса не происходит выброса цитохрома с в цитоплазму, митохондриальная мембрана не теряет электрохимический потенциал [1]. Нами предложен возможный способ взаимодействия белков PorB и VDAC.
Рис.1. Совмещение 6-ти структур бактериальных поринов. Показаны участки шестнадцати непрерывных бета-стрендов в остовной модели. Рис.2. Совмещение 6-ти структур бактериальных поринов. Показаны участки петель.


Петли, представленные в нижней части рисунка №2, соответствуют коротким петлям, обращенным в цитоплазму. Довольно длинные и плохо совмещающиеся участки, представленные в верхней части рисунка, соответствуют внеклеточным петлям.
Бета-тяжи бета-барреля образуют в совмещении непрерывные участки (см. рис.1); в петелях возможно наличие разрывов (см. рис.2).

Гипотеза


Возможно, способность подавления апоптоза белком PorB связана с особенностями механизма взаимодействия с тримером VDAC [1]. Мы предполагаем, что молекула порина заменяет одну субъединицу тримера VDAC. При этом порин PorB формирует контакты с двумя субъединицами VDAC в области внеклеточных петель и нарушается структура центральной поры порина VDAC. В результате этого цитохром с не может проникнуть из митохондриального матрикса в цитоплазму. Не исключено, что при этом также блокируются участки связывания VDAC с проапототическими агентами Bax, Bcl-2, и т.д. Данная гипотеза была предложена на основе найденного сходства между последовательностями PorB и VDAC (см. рис. 7).

Рис.3


На рисунке №3 представлен фрагмент выравнивания последовательностей VDAC; найденные вставки/делеции в группе последовательностей VDAC №1 отмечены синим цветом; В строке "gr1_align" участки биологически обоснованного выравнивания отмечены буквой "A", делеции отмечены "X", и вставки отметили "L". В строке "gap1" отмечены делеции ("X"), и вставки (обозначение соответствует аминокислоте, преимущественно расположенной в данном сайте).

Рис.4


Совмещенное выравнивание группы последовательностей VDAC №4 (названия последовательностей отмечены синим цветом) с группой №1 (названия последовательностей отмечены желтым цветом); найденные вставки/делеции отмечены синим цветом; В строке "gap4" отмечены делеции "X" и вставки, согласно аминокислоте, преимущественно расположенной в данном сайте); В строке "gr1-4_align" показаны участки биологически обоснованного выравнивания "А", делеции "X" и вставки "L".

Выбор наиболее правдоподобной топологии VDAC



Рис.5

A) модель Mr. Vito de Pinto_2002 года. VDAC - порин, состоящий из 16 бета-тяжей
B) модель Mr. Song'a. VDAC - порин, состоящий из 13 бета-тяжей
C) модель Mr. Vito de Pinto_1991 года. VDAC - порин, состоящий из 16 бета-тяжей

На каждом рисунке A), B), C) представлены две строки. Верхняя строка соответствует распределению вставок/удалений в последовательности VDAC_Neucr. Нижняя строка - предсказанная модель топологии VDAC согласно разным источникам; ширина строк соответствует длине выравнивания; бета-тяжи отмечены оранжевым цветом, альфа-спирали отмечены зеленым цветом. Вставки и делеции, которые отвергают предсказанные модели, отмечены черными, соответствующие бета-тяжи, чьё существование является спорным, отмечены серым.

Межсубъединичные контакты бактериального порина 1osm



Рис.6

Схема, отражающая основные взаимодействия между субъединицами порина.



Преимущественное расположение контактов между субъединицей Z c X и Y:
Контакты с суб. Х Контакты с суб. Y Смешанные контакты
Тяж №3 Петля №3 Тяж №1
Тяж №4 Петля №14 Тяж №2
Петля №5* (частично, по краю) Тяж №16  
Петля №7    


*Петля №5 в поринах находится в толще канала и образует в нем спираль. Именно поэтому она имеет столь большую длину.

Проверка гипотезы


Рис.7


В строке “ss_PorB” приведена вторичная структура нейссериальных поринов; В строке “ss_dePinto_model” приведена вторичная структура принятой модели топологии VDAC, предстказанной Vito de Pinto_2002 года; В строке “contact” приведена предположительная локализация аминокислот, участвующих в контакте, по данным структуры 1osm.
Cлабая гомология последовательностей нейссериальных поринов и VDAC. Тяж "G" по нумеративной номенклатуре является тяжем №3, тяж "F" - тяжем №4. участок выравнивания, соответствующий тяжам №3, №4 и петли №3 (между этими тяжами), удовлетворяет принятым критериям, поэтому справедливо считать достоверным обнаруженное сходство последовательностей поринов VDAC и нейссериальных поринов на этом участке. Также отчетливо видно, что достоверный блок выравнивания располагается точно над соответствующей вторичной структурой поринов: тяж №3 ("G")_VDAC расположен точно над тяжем №3 ("G")_PorB, почти совпадает выравнивание для тяжей №4 ("F").