一、簡介
在真核生物體內有兩種類型的膜蛋白:完整的膜蛋白和脂質錨定蛋白。完整的膜蛋白包括一個或幾個跨膜區域,構成疏水的α-螺旋結構,將蛋白嵌入流動的雙分子層中。脂質錨定蛋白分為兩組:一組是將蛋白連於內部的質膜側,第二組則連於外側。前者以鈣調磷酸酶B為代表,後者則是一些包含C-末端信號序列的蛋白通過GPI錨連於細胞膜上。GPI-錨定蛋白(GPI-APs)是一類通過其羧基末端的糖基化磷酯醯肌醇(GPI)結構錨定於真核細胞膜表面的蛋白,是真核生物中的一種保守的翻譯後修飾蛋白。
二、真菌GPI-錨定蛋白組成
在真菌細胞內GPI錨定蛋白的N端和C端均有信號肽,其中C末端可以有效誘導其與GPI錨結合,故稱為GPI錨定蛋白的錨定信號肽,一般為一段不帶電的疏水性的氨基己酸,在靠近C末端9-10胺基酸的位置有GPI結合位點ω點。蛋白中間由功能集團和富含色氨酸/絲氨酸的結構區域構成。N端信號肽、C端疏水性胺基酸以及靠近C端的ω點是GPI錨定蛋白的保守結構域。
三、真菌細胞壁GPI錨定蛋白結構
真菌細胞壁GPI錨定蛋白(GPI-CWPs)常常高度的磷酸化和糖基化,並且常常參與帶正電離子的綁定。蛋白外衣由β-1,6-葡聚糖、β-1,3-葡聚糖和少量甲殼素構成的多聚糖層包圍。GPI-CWPs在外層的蛋白外衣通過GPI錨以共價鍵的方式與β-1,6-糖苷鍵相連,同時依次與β-1,3-葡聚糖的分子末端相連。
四、真菌細胞壁GPI-錨定蛋白功能
真菌細胞壁上的GPI錨定蛋白對真菌的黏附、形態轉換和細胞壁合成有著重要的影響。以白念珠菌為例,白念珠菌70%GPI錨定蛋白的功能未知,但是他們在合成和維持細胞壁的完整及侵襲方面有著重要的作用,如白念珠菌SC5314的ALS家族中8個成員介導了白念珠菌與宿主細胞的黏附。Als3作為一種侵襲素促進白念珠菌被宿主上皮細胞攝取,同時在結合鐵蛋白螯合鐵方面起到重要作用。菌絲相關性的Hwp1在介導菌絲形成方面發揮重要作用,進而影響真菌的黏附和侵襲。其他GPI-CWPs在細胞壁的合成和修飾方面也發揮作用,例如Gas/Phr家族、Crh家族和Ecm33家族。GPI錨定的天門冬氨醯蛋白酶或天冬酶sap9和sap10也有助於真菌細胞壁的合成。過氧化物歧化酶Sod4、Sod5和Sod6被預測有潛在的侵襲屬性。微生物的黏附是其致病性最重要的決定因素之一,真菌病原體被確定的黏附素很少,來自於白念珠菌的Hwp1、Ala1p/Als5、Als1p和來自於光滑念珠菌的Epa1,他們都隸屬於糖基磷酯醯肌醇依賴的細胞壁蛋白(GPI-CWP),在介導真菌與宿主細胞之間的黏附過程中發揮重要作用。
參考文獻:
1、Richard M L, Plaine A. Comprehensive Analysis of Glycosylphosphatidylinositol-Anchored Proteins in Candida albicans[J]. Eukaryotic Cell, 2007, 6(2):119-33.
2、Horisberger M, Clerc M F. Ultrastructural localization of anionic sites on the surface of yeast, hyphal and germ-tube forming cells of Candida albicans.[J]. European Journal of Cell Biology, 1988, 46(3):444-52.
3、Cutler J E. N-Glycosylation of yeast, with emphasis on Candida albicans[J]. Medical Mycology, 2001, 39 Suppl 1(1):75-86.
4、Kapteyn J C, Hoyer L L, Hecht J E, et al. The cell wall architecture of Candida albicans wild-type cells and cell wall-defective mutants.[J]. Molecular Microbiology, 2000, 35(3):601–611.
5、Hancock J F. GPI-anchor synthesis: Ras takes charge.[J]. Developmental Cell, 2004, 6(6):743-5.
6、Hoyer L L. The ALS gene family of Candida albicans.[J]. Trends in Microbiology, 2001, 9(4):176-80.
7、Fu Y, Ibrahim A S, Sheppard D C, et al. Candida albicans Als1p: an adhesin that is a downstream effector of the EFG1 filamentation pathway.[J]. Molecular Microbiology, 2002, 44(1):61-72.
8、Sundstrom P, Balish E, Allen C M. Essential role of the Candida albicans transglutaminase substrate, hyphal wall protein 1, in lethal oroesophageal candidiasis in immunodeficient mice.[J]. Journal of Infectious Diseases, 2002, 185(4):521-30.
9、Phan Q T, Myers C L, Fu Y, et al. Als3 is a Candida albicans invasin that binds to cadherins and induces endocytosis by host cells.[J]. Plos Biology, 2007, 5(3):: e64.
10、Fonzi WA. PHR1 and PHR2 of Candida albicans encode putative glycosidases required for proper cross-linking of beta-1,3- and beta-1,6-glucans.[J]. Journal of Bacteriology, 1999, 181(22):7070-7079.
11、Albrecht A, Felk A, Pichova I, et al. Glycosylphosphatidylinositol-anchored proteases of Candida albicans target proteins necessary for both cellular processes and host-pathogen interactions.[J]. The European Physical Journal C - Particles and Fields, 2006, 29(2):181-190.
12、Martchenko M, Alarco A M, Harcus D, et al. Superoxide Dismutases in Candida albicans: Transcriptional Regulation and Functional Characterization of the Hyphal-induced SOD5 Gene[J]. Molecular Biology of the Cell, 2004, 15(2):456-67.
13、Fradin C, Groot P D, Maccallum D, et al. Granulocytes govern the transcriptional response, morphology and proliferation of Candida albicans, in human blood[J]. Molecular Microbiology, 2005, 56(2):397-415.
14、Sundstrom P. Adhesion in Candida spp.[J]. Cellular Microbiology, 2002, 4(8):461–469.