Cry6Aa

Schemat białka
Cry6Aa
identyfikatorów toksyn Cry6Aa
Organizm	Bacillus thuringiensis
Symbol	Cry6Aa
UniProt	Q45757
Szukaj Struktury Model szwajcarski Domeny InterPro

Cry6Aa (pestycydowe białko krystaliczne Cry6Aa) to toksyczne białko krystaliczne wytwarzane przez bakterie z rodziny Bacillus thuringiensis podczas sporulacji . Białko to należy do toksyn tworzących pory alfa , co nadaje mu właściwości owadobójcze korzystne w zwalczaniu szkodników rolniczych. Każde białko Cry ma pewien poziom specyficzności docelowej; Cry6Aa ma specyficzne działanie toksyczne na owady i nicienie z rzędu Coleoptera . Odpowiadający B. thuringiensis , cry6aa , znajduje się na plazmidach bakteryjnych . Wraz z kilkoma innymi genami białka Cry , cry6aa może być genetycznie rekombinowany w kukurydzy Bt i bawełnie Bt , dzięki czemu rośliny wytwarzają określone toksyny. Owady rozwijają odporność na najczęściej wprowadzane białka, takie jak Cry1Ac . Ponieważ białka Cry6Aa działają inaczej niż inne białka Cry, są one łączone z innymi białkami w celu zmniejszenia rozwoju odporności szkodników. Ostatnie badania sugerują, że białko to działa lepiej w połączeniu z innymi czynnikami wirulencji , takimi jak inne białka Cry i metaloproteinazy .>

Struktura

Białka Cry6Aa nie są spokrewnione z innymi owadobójczymi białkami krystalicznymi w strukturze pierwszorzędowych aminokwasów; jest członkiem rodziny Tripartite Haemolysin BL ( TCDB ). Białko ma kształt pręta, o średnicy 25 Å i wysokości 95 Å. Zawiera 475 reszt, nie licząc N-końcowego ogona. Większość białek Cry ma 3 główne domeny o funkcjonalnej homologii między białkami, domena I zawiera helisy alfa , domena II składa się z trzech antyrównoległych arkuszy beta w greckim motywie kluczowym, a domena III tworzy kanapkę beta odpowiedzialną za katalizowanie tworzenia porów. Jednak Cry6Aa, białko o dziewięciu skrętach, składa się z dwudzielnych domen głowy i ogona składających się głównie z helis alfa. Konformacja struktury drugorzędowej to 71-72% helis alfa i 1-2% arkuszy beta w większości warunków pH. Pozostałe regiony to albo zagięcia, zwoje, albo 3/10 helis. Rdzeń odporny na trypsynę składa się z długich amfipatycznych helis alfa i pełni funkcję toksyczną. Hydrofobowe regiony helis oddziałują ze sobą, podczas gdy części hydrofilowe mają zwiększoną ekspozycję na środowisko zewnętrzne. Niektóre helisy są przerywane przez pętle, które mają zmienne pozycje w strukturze. Domena głowy fałduje się nad helisami i zawiera grupę języka beta, która może powodować tworzenie się porów. Istnieje silne wiązanie dwusiarczkowe między regionem C-końcowym a częścią rdzenia, która nie jest rozrywana przez trypsynę . Białko ma strukturalne podobieństwa do innych toksyn, w tym hemolizyny E i B. cereus HlbB i NheA. Żaden inny członek rodziny Cry wykorzystujący strukturę toksyny alfa porów nie został odkryty.

Mechanizm akcji

Coleoptera

Cry6Aa ma działanie porotwórcze, które niszczy komórki nabłonka jelitowego owadów . Większość białek Cry ma 3 domeny, ale Cry6Aa składa się głównie z helis alfa, co wskazuje na różne metody wstawiania błon. Cry6Aa ma katalityczne domeny głowy regulowane przez reszty hydrofobowe. Kiedy Cry6Aa jest spożywany po raz pierwszy, pozostaje protoksyną, dopóki proteazy jelitowe nie rozszczepią białka na aktywne cząstki. Po aktywacji domena głowy beta języka wiąże się z błonami docelowymi na komórkach błony rąbka szczoteczkowego, podobnie jak hemolizyna E. Typowe białka Cry są wzmacniane przez interakcje z kadheryną, ale receptory Cry6Aa pozostają nieznane. Dane eksperymentalne sugerują, że białka osadzają się w błonie i tworzą oligomeryczne pory, ale pełny mechanizm nie został wydedukowany w 2016 roku.

Nicienie

Obecność Cry6Aa u nicieni uruchamia regulowany szlak martwicy poprzez proteazę asparaginianową (ASP-1). Aby toksyna mogła zostać aktywowana, po spożyciu musi zostać częściowo strawiona w jelitach organizmu. Proteazy ASP-1 są silnie skoncentrowane w komórkach jelitowych nicieni i chronią białka Cry6Aa przed nadmierną degradacją podczas aktywacji. Są również członkami katepsyn i mogą trawić lizosomy. Cry6Aa wyzwala zależny od magnezu cyklazy adenylowej / kinazy białkowej A , który uwalnia jony wapnia do komórki z kanałów jonowych trójfosforanu inozytolu . Ca ²⁺ aktywuje kalpainę , proteazę cysteinową , która sprzyja pękaniu lizosomów . Lizosom jest dalej trawiony przez ASP-1, co prowadzi do degradacji komórek przez zakwaszenie cytozolu. Zmiany apoptozy lub autofagii nie wpływają na działanie Cry6Aa. Mutacje w białkach wymaganych do martwicy hamują Cry6Aa, ale nie inne białka Cry, ujawniając rzadki mechanizm w Cry6Aa. Martwica nie jest promowana w komórkach ssaków, ponieważ wyrażają one proteazy ASP-3 i ASP-4 z większą szybkością niż ASP-1, co jest niezbędne do toksycznego działania Cry6Aa. Receptor komórkowy dla Cry6Aa nie został zidentyfikowany. Dodatkowo aktywność nicieniobójcza jest wzmacniana przez metaloproteinazę Bmp1, która degraduje ścianę komórkową jelit organizmu. To albo przyspiesza śmierć przez utratę funkcji jelit, albo przez zwiększoną perforację ściany komórkowej, ułatwiając wstawianie białka.

Znaczenie

Rolnictwo

Aby zwalczyć rosnącą odporność szkodników, Cry6Aa jest wdrażany w roślinach transgenicznych , ponieważ inaczej atakuje szkodniki, zwiększając podatność. Tasowanie DNA to proces selekcji genów zgodnych białek Cry w celu przeniesienia ich do roślin uprawnych. Chociaż miejsce wiązania Cry6Aa jest nieznane, kilka miejsc zostało wykluczonych, co umożliwiło pomyślne układanie białek Cry. Ponieważ organizm musi być odporny na oba eksprymowane białka Cry, aby przeżyć, szanse na rozwój i pionowe przenoszenie odporności są mniejsze, co daje więcej czasu na badania nad pestycydami. W 2013 r. Opatentowano kombinację roślin transgenicznych Cry6Aa i Cry3Aa, aby zapobiec oporności u zachodniej stonki korzeniowej kukurydzy . Dodatkowo Cry6Aa został połączony z Cry34Ab1/Cry35Ab1, binarną toksyną. Białka Pyramiding Cry mogą wzmacniać działanie toksyn. Cry6Aa i Cry55Aa mogą zmniejszać wielkość czerwiu nicieni Meloidogyne incognita , ale po połączeniu tych dwóch białek są pięciokrotnie bardziej skuteczne. Synergia między białkami Cry pochodzi z ulepszonego dokowania toksyny, wstawiania błony lub zaawansowanej degradacji macierzy białkowej jelita środkowego, co zwiększa działanie wolniej działającej toksyny.

Badania martwicy

Cry6Aa może wywoływać martwicę w laboratoriach bez ryzyka uszkodzenia komórek przez ciepło lub inne wyzwalacze. Ponieważ martwica powoduje obrzęk i uszkodzenie otaczających obszarów komórek, może być skuteczniejsza w leczeniu nowotworów niż indukowana apoptoza. Chociaż Cry6Aa nie działa na ssaki, wiele istotnych szlaków komórkowych jest zachowanych u eukariontów. C. elegans to przełomowy model nicienia dotknięty Cry6Aa, który można wykorzystać do zrozumienia aktywacji szlaku martwicy. Zrozumienie roli proteazy asparaginianowej może pozwolić naukowcom na opracowanie innych białek indukujących martwicę, które działają poprzez ASP-3 i ASP-4 w celu ukierunkowania na komórki nowotworowe ssaków.