Characterization of a novel outer membrane protein targeting pathway in Gram negative bacteria
Caractérisation d'une nouvelle voie d'adressage des protéines à la membrane externe des bactéries à Gram négatif
Résumé
The Twin Arginine Translocation (Tat) pathway exports folded proteins from the cytoplasm to the periplasm of bacteria. The targeting of the exported proteins to the Tat pathway relies on a specific amino-terminal signal sequence, which is cleaved after exportation. In the phytopathogen Dickeya dadantii the pectin lyase homologue PnlH is exported by the Tat pathway without cleavage of its signal sequence, which anchors PnlH into the outer membrane. In proteobacteria, the vast majority of outer membrane proteins consists of β-barrel proteins and lipoproteins. Targeting of these proteins to the outer membrane relies on two pathways: the periplasmic chaperones SurA, Skp and DegP work together with the β-Barrel-Assembly Machinery (Bam) to target and insert β-barrel proteins into the outer membrane while the Lol pathway targets and insert lipoproteins. In this work, we showed that SurA binds to the hydrophobic PnlH signal sequence during the course of its periplasmic transit. The PnlH signal sequence (41 residues) carries all the information necessary to the targeting of PnlH to the outer membrane. The nature of the information that targets proteins to the Tat system is well charcterized. Thus, we focused on the nature of the information carried by the PnlH signal sequence and that allows its crossing of the periplasm and its insertion in the outer membrane. The deletion of a conserved region of the PnlH signal sequence between residues 28 and 41 strongly affects the targeting of PnlH to the outer membrane. None of the single amino acid substitutions constructed in this region obviously affected the targeting of PnlH, indicating that the information may not reside in the amino acid sequence of the PnlH signal sequence. Consistently, our data suggest that the presence in the PnlH signal sequence of an α helix with a hydrophobic cluster is important for the targeting of PnlH to the outer membrane. This observation is striking since such a structure is considered as an inner membrane protein property.
Le système Tat (pour Twin Arginine Translocation) exporte des protéines repliées depuis le cytoplasme vers le périplasme des bactéries. L’adressage des protéines à exporter au système Tat repose sur une séquence signal spécifique amino terminale clivée après exportation. Chez le phytopathogène Dickeya dadantii, l’homologue de pectine lyase PnlH possède une séquence signal Tat qui assure son adressage au système Tat mais qui n’est pas clivée après exportation et ancre la protéine dans la membrane externe. Chez les protéobactéries, la majorité des protéines de membrane externe sont soit des lipoprotéines soit des protéines intégrales de membrane en tonneau β. L’adressage de ces protéines à la membrane externe repose sur des voies spécifiques du type de protéine : la voie Lol pour les lipoprotéines et la combinaison des chaperons périplasmiques SurA, Skp et DegP et du complexe de membrane externe Bam (β barrel assembly machinery) pour les protéines en tonneau β. Au cours de ce travail, l’étude de l’adressage de PnlH à la membrane externe a montré que SurA se liait à la séquence signal hydrophobe de PnlH pour la protéger de l’environnement hydrophile au cours de son transit dans le périplasme. La séquence signal de PnlH (41 acides aminés) porte l’intégralité de l’information nécessaire à son adressage à la membrane externe. La nature de l’information adressant les protéines au système Tat est bien connue et dans ce travail nous nous sommes efforcés d’identifier les informations requises pour les deux dernières étapes de l’adressage de PnlH à la membrane externe : la traversée du périplasme et l’insertion dans la membrane externe. La délétion d’une région conservée comprise entre les résidus 28 et 41 de la séquence signal de PnlH affecte l’adressage de cette dernière à la membrane externe. Des substitutions des acides aminés conservés de cette région ne semblent pas affecter l’adressage de PnlH, indiquant que l’information nécessaire à l’adressage de PnlH à la membrane externe après exportation ne réside pas dans la séquence en acides aminés de la séquence signal de PnlH. En revanche, nos données suggèrent que la présence d’une hélice α hydrophobe dans la séquence signal de PnlH est importante pour son adressage à la membrane externe. Cette observation est particulièrement intéressante puisqu’une telle structure est généralement considérée comme une caractéristique des protéines de membrane interne.
Origine : Version validée par le jury (STAR)