Toxine, die von einer Art von Bakterien freigesetzt werden, die Durchfallerkrankungen verursachen, kapern Zellprozesse und zwingen wichtige Proteine dazu, sich in „Straßen ins Nirgendwo“ zusammenzufügen, wodurch die Proteine von anderen Aufgaben weggeleitet werden, die für eine ordnungsgemäße Zellfunktion entscheidend sind, wie eine neue Studie herausgefunden hat.
Die betroffenen Proteine sind als Aktine bekannt, die sehr häufig vorkommen und mehrere Funktionen haben, darunter die Unterstützung jeder Zelle, ihren Inhalt zu vereinen, ihre Form beizubehalten, sich zu teilen und zu migrieren. Actine fügen sich zu fadenförmigen Filamenten zusammen, um bestimmte Aufgaben in Zellen zu erledigen.
Forscher fanden heraus, dass zwei Toxine von der produziert werden Vibrio Bakteriengattung bewirken, dass sich Aktine an der falschen Stelle innerhalb der Zellen zu diesen Filamenten verbinden – die man sich als zelluläre Autobahnen vorstellen könnte, auf denen Fracht angeliefert wird – und in die falsche Richtung geleitet werden.
„Das Wachstum in die falsche Richtung ist eine völlig neue Funktion, die bisher nicht bekannt war und von der man nicht annahm, dass sie für Aktinfilamente innerhalb der Zelle möglich ist“, sagte der leitende Autor Dmitri Kudryashov, außerordentlicher Professor für Chemie und Biochemie an der Ohio State University. „Ein großer Teil des Aktins in der Zelle wird für die Bildung von „Autobahnen“ verbraucht, wo es nicht benötigt wird, so dass die Zellressourcen verschwendet werden und nicht zur Befriedigung der Grundbedürfnisse der Zelle verwendet werden können.“
Die Forschung wird heute (18. November 2022) in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.
Diese störenden Toxine heißen VopF und VopL und werden von zwei Stämmen produziert Vibrio im Meerwasser lebende Bakterien: V. cholerae und V. parahaemolyticusdie beide Austern und andere Schalentiere kontaminieren können, die Menschen krank machen, wenn sie roh gegessen werden.
In dieser Studie konzentrierte sich das Forschungsteam auf die Beschreibung der unerwarteten zellulären Aktivitäten und nicht auf weitere Implikationen, wie z. B. den Zusammenhang zwischen der Entführung und der bakteriellen Infektion.
„Wir betrachten die Interferenz auf molekularer Ebene – wir haben uns hier nicht darauf konzentriert, wie sich diese Zellfunktion auf den Menschen auswirken könnte“, sagte die erste und mitkorrespondierende Autorin Elena Kudryashova, eine Forscherin für Chemie und Biochemie am Bundesstaat Ohio.
„Aus praktischer Sicht sagt uns dies mehr über diese Krankheitserreger, und wenn Sie Ihren Feind kennen, können Sie Ihren Feind bekämpfen“, sagte sie. „Aber etwas zu finden, von dem wir nicht wussten, dass es möglich ist – dass sich Aktin in der Zelle so verhält – wirft neue Fragen auf, ob diese Funktion tatsächlich benötigt wird oder auf andere Weise zustande kommen könnte.“
Bisher war bekannt, dass Aktine jedes Filament auf eine Weise zusammensetzen, ausgehend von dem, was als sein spitzes Ende bekannt ist, und gerichtet auf das, was das mit Widerhaken bezeichnete Ende der Struktur ist. Da sie zahlenmäßig begrenzt sind, zerlegen sich die Aktine nach Bedarf vom spitzen Ende und werden wiederverwertet, um die gerichtete Aktivität in Richtung des mit Widerhaken versehenen Endes aufrechtzuerhalten – und dann führen diese Aktinfilamente Funktionen wie Zellmigration, Kontraktion oder Teilung aus, je nachdem, was die Zellbefehle.
Wenn die Toxine VopF und VopL jedoch in eine Zelle eindringen, ziehen sie Aktinmoleküle an, um ein neues Filament zu beginnen, und veranlassen die Filamente, sich an dieser Stelle zusammenzusetzen, was dazu führt, dass sie sich in Richtung des spitzen Endes verlängern – eine Umkehrung ihres Üblichen Dehnungsrichtung.
„Die Toxine fangen an, diese Actin-Filament-Autobahnen an der falschen Stelle zu bauen und etwas zu bauen, das für die Zelle nutzlos ist, und die Zelle weiß nicht, wie sie damit umgehen soll“, sagte Kudryashov.
Diese Aktininterferenz wurde durch Bildgebung von lebenden Zellen beobachtet, die einzelne Toxinmoleküle enthielten. Obwohl sie noch nicht alle Folgen dieser Entführungsaktivität kennen, sagten die Forscher, dass die Ergebnisse das Durchsickern von Nährstoffen durch beschädigte Darmwände beinhalten könnten – was Nahrung für die infektiösen Bakterien liefern würde, die draußen warten.
„Das Abtöten von Zellen ist nicht immer notwendig – die Störung der Barrierefunktion von Zellen kann auch für Krankheitserreger von Vorteil sein“, sagte Kudryashova.
Und deshalb wollen die Wissenschaftler mehr erfahren – ob andere Moleküle Aktine zwingen können, „Straßen ins Nirgendwo“ zu bauen, und ob diese seltsame Filamentbildung unter anderen Umständen sogar ein nützlicher Mechanismus sein könnte.
„Es ist durchaus möglich, dass unsere eigenen Zellen dies gelegentlich tun, aber wir wissen es nicht, weil Aktin so viele Funktionen hat und noch nicht alle gut verstanden sind“, sagte Kudryashov.
Das Team des Staates Ohio arbeitete mit den Co-Autoren Ankita, Heidi Ulrichs und Shashank Shekhar von der Emory University zusammen.
Mehr Informationen:
Elena Kudryashova et al., Pointed-end processive elongation of actin filaments by Vibrio effectors VopF and VopL, Wissenschaftliche Fortschritte (2022). DOI: 10.1126/sciadv.adc9239