IV型分泌物：大分子通过与接合机器祖先相关的系统进行细胞间转移

总结

介绍

革兰氏阴性菌细胞膜上的共轭转移由一种称为配对形成（Mpf）复合物的超分子结构介导。Mpf由一个用于与受体细胞建立联系的结合菌毛和一个DNA转移中间体通过的交配通道组成(图1). 最近的工作表明，一些病原体使用分泌物系统，其亚单位与Mpf复合物的亚单位进化相关，用于将效应分子传递给真核细胞。例如，根癌农杆菌，一种诱导受感染植物组织肿瘤生长的植物病原体，利用这种机制将致癌T-DNA和几个效应蛋白转移到植物细胞核。幽门螺杆菌，胃疾病（如消化性溃疡病和胃腺癌）的病原体使用相关系统将145kDa CagA蛋白传递给哺乳动物细胞。几种细胞内病原体，包括嗜肺军团菌，布鲁氏菌spp.和巴尔托内拉属spp.被认为在巨噬细胞摄取时转移效应蛋白，从而帮助细胞内存活。虽然这些系统被设想通过与真核细胞膜直接接触来转移底物，但这并不是必须的，例如百日咳杆菌，百日咳的病原体。Ptl系统将其底物百日咳毒素（PT）输出到细胞外环境，然后与哺乳动物靶细胞建立接触(图1).

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图1

IV型分泌家族包括接合机器和将效应分子传递给真核细胞的祖先相关系统。

最初由鲑鱼（1994）该命名法将结合相关系统与其他细菌分泌途径区分开来，例如I型或ATP-结合盒（ABC）转运蛋白超家族(林顿和希金斯，1998年)以及II、III和V型分泌系统（由Sandqvist，2001年,普莱诺等。，2001;Jacob-Dubuisson，2001年分别）。我们最近将IV型分泌途径称为“适应性结合”系统(克里斯蒂和沃格尔，2000年). 这个术语意味着在DNA易位中起作用的Mpf系统是IV型分泌途径进化而来的祖细胞结构。然而，正如这篇综述中所总结的那样，现在很明显，IV型分泌系统的统一机制特征——也许还有共同的祖先功能——是细胞间转移蛋白质底物的能力。共轭系统似乎是IV型系统的一个亚组，它们进化出了额外的DNA-蛋白质复合物转运能力。因此，目前的共识是，我们将IV型分泌途径定义为与革兰氏阴性菌的结合（Mpf）机器具有共同祖先的大分子转移系统。

最近的几次审查描述了IV型系列的成员，并总结了代表性系统的结构-功能工作(伯恩斯，1999年;科瓦奇等。，1999;克里斯蒂和沃格尔，2000年;赖和卡多，2000年). 本综述的目的是更新这一信息，但也提出了一个更广泛的机制观点，即IV型系统通常如何促进发病。

IV型系统

历史上A.肿瘤T-DNA转移系统是IV型系统的参考点(Salmond，1994年;科瓦奇等。，1999). 该系统由≈9.5 kb的产品组装而成病毒B操纵子和病毒D4基因。如所示图2，IV型家族的几个成员与T-DNA转移系统有着共同的祖先。其中一些系统是由与A.肿瘤病毒B蛋白，而其他系统是病毒B蛋白和不相关祖先蛋白的杂交体。用于配偶DNA转移的系统的代表包括F（IncF）、RP4（IncP）、pKM101（IncN）和R388（IncW）质粒的质粒转移（Tra）系统(赖和卡多，2000年). 显示或假设输出效应蛋白的系统的代表包括百日咳鲍特菌血小板分泌系统(伯恩斯，1999年)，的幽门螺杆菌笼式系统(科瓦奇等。，1999)和的VirB系统猪布鲁氏菌(奥卡拉汉等。，1999;福隆（Foulongne）等。，2000),流产布鲁氏菌(商行等。，2000;谢伊拉等。，2000)和巴尔通氏体(帕德马拉扬等。，2000;施密德勒和安德森，2000年). 最近，一组病毒B同源物被证明对空肠弯曲菌(培根等。，2000)，可能是增加了这个分泌家族的另一个成员。

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图2

已知或推测可在细胞间转运大分子底物的IV型系统。这个A.tumefaciens病毒B顶部显示的基因产物集合为T-DNA转移系统。接下来的三组IV型系统由虚线分隔，由部分或全部VirB蛋白的同源物组成。顶部组对应于显示在细菌之间转移DNA的系统百日咳鲍特菌和幽门螺杆菌系统将已知底物（PT和CagA）传递给哺乳动物细胞，第三组对应于底物目前未知但被假定为效应蛋白的系统。符号（？）表示数据库中缺少其他病毒B这些细菌中的基因嗜肺杆菌dot/icm底部显示的基因产物与福氏志贺氏菌Collb-P9（Incl）转移蛋白。该系统可以结合转移DNA，但其在毒力中的作用是输出效应蛋白。

一台IV型机器，Lvh系统嗜肺杆菌，作为DNA结合系统发挥作用，但不参与发病(西格尔等。，1999年a). 类似地，菜豆根瘤菌自转染质粒上与基因高度相关的几个基因的编码A.tumefaciens病毒基因，但突变体在结瘤或固氮中不受影响(比廷（Bittinger）等。，2000). 因此，至少已经确定了两种IV型系统，它们对于建立细菌与宿主的相互作用是不可或缺的。其他几种致病性和非致病性细菌基因组中可能的IV型系统编码(克里斯蒂和沃格尔，2000年). 目前尚未确定这些物种中鉴定的病毒B同源物是否具有可识别的生物活性。

另一种IV型系统点/icm系统嗜肺杆菌，是毒力所必需的，但只与A.肿瘤T-DNA转移系统。相反点/icm基因产物是来自Incl-Colb和R64质粒的Tra蛋白的密切同源物。如所示图2，相关点/icm和夹头基因相似排列，高度暗示着共同的祖先(沃格尔和伊斯伯格，1999年). 这一发现表明，IV型通路可能不存在单一的祖细胞分泌系统。关于IV型途径是否与其他祖先谱系有助于感染的问题，可以通过对具有共轭样特征的染色体基因簇的功能研究来回答。

IV型底物和效应蛋白传递的细胞后果

IV型转移系统可以以截然不同的方式影响真核宿主细胞的生理学(图1). 第四类系统A.肿瘤向植物细胞输送致癌T-DNA和效应蛋白，导致植物生长激素水平的破坏。这种激素失衡最终导致感染部位形成特征性肿瘤。已知的效应蛋白VirD2、VirE2和VirF以各种方式促进毒力。病毒F的功能尚不清楚，但最近的工作已经确定了病毒D2和病毒E2在感染过程中的作用。病毒D2是细菌在T-DNA边界重复序列缺口处所需的松弛酶。在切割后，VirD2仍然与目的地转移的T-DNA单链拷贝（T链）共价结合，并且被认为可以引导T链穿过细菌包膜(克里斯蒂，1997年). 病毒E2是一种单链（ss）DNA-结合蛋白（SSB），独立于病毒D2 T链颗粒转移到植物细胞（见下文）。一旦病毒E2进入植物细胞，它就会与病毒D2 T链颗粒结合，形成所谓的T复合物（病毒D2 T-链–病毒E2）。然后，病毒E2和病毒D2通过核定位序列介导T链向植物细胞核的传递。这些蛋白质也可能有助于T-DNA整合，尽管在这一步中似乎还需要宿主因子(朱等。，2000).

除了其核靶向功能外，最近的研究表明，病毒E2可能在感染过程中发挥第二个作用。有趣的是，病毒E2在人造膜中形成了通道(杜马等。，2001). 这些通道是电压门控的，可以通过膜传递ssDNA。基于这一发现，病毒E2被提议在植物质膜上组装为受体/孔，用于T-DNA转移系统的对接以及传入的病毒D2 T链、病毒E2和病毒F底物的移位(杜马等。，2001). 该模型的一个假设是，病毒E2通道在植物膜上的组装先于IV型介导的易位。有趣的是，最近的另一份报告为病毒B-低水平病毒E2、病毒D2和病毒F蛋白向细胞外环境的独立输出(陈等。，2000). 这种可能的替代输出途径可能用于病毒E2受体/通道向植物细胞膜的初始传递。该模型的优点在于，它可以解释T-DNA转移系统极其广泛的宿主范围——A.肿瘤向靶细胞输出自身的受体/转运通道。事实上，现在甚至有令人信服的证据A.肿瘤-介导DNA转移到人类细胞(库尼克等。，2001).

已确定两种哺乳动物病原体的效应蛋白和IV型转移的一些细胞后果，幽门螺杆菌和百日咳杆菌。幽门螺杆菌诱导信号转导途径，导致感染部位附近宿主蛋白的酪氨酸磷酸化。去年，幽门螺杆菌携带cag（控制室）致病岛（PAI）编码IV型系统，该系统将145kDa CagA蛋白转移到哺乳动物细胞。转移后，CagA发生酪氨酸磷酸化(西格尔等。，1999年b;奥登布雷特等。，2000;斯坦因等。，2000). 与CagA转移相关的是宿主细胞生理学的一些变化。有趣的是幽门螺杆菌附着在宿主细胞表面的细胞被发现与高浓度的CagA蛋白相关，通常被配置为圆柱形结构(西格尔等。，1999年b). 这些结构与活性肌动蛋白重组区域相关，表明CagA柱可能指导宿主细胞骨架重排。CagA的转移还与微绒毛的消失、杯状/基座的形成、白细胞介素（IL）-8的产生以及宿主蛋白磷酸化状态的变化有关(Crabtree公司等。, 1999;西格尔等。，1999年b;奥登布雷特等。, 2000;斯坦因等。, 2000). 相当有趣的是，酪氨酸磷酸化和观察到的宿主生理学变化使人想起肠致病性Tir蛋白的特征大肠杆菌通过III型分泌物机输送至哺乳动物细胞后(西格尔等。，1999年b).幽门螺杆菌最近还显示抑制单核细胞和多形核淋巴细胞的吞噬功能。这种抗吞噬细胞表型依赖于IV型成分，包括CagT和HPO525，它们分别是VirB7和VirB11的同源物(拉马拉奥等。, 2000). 因此，CagA、另一个导出的效应器或cag（控制室）IV型系统似乎有助于免疫逃避。

如所示图3,百日咳鲍特菌使用IV型系统作为分泌机器(伯恩斯，1999年;克雷格·梅利厄斯和韦斯，1999年). PT是a/B家族的一种多亚单位毒素，由5个亚单位S1-S5组成。S1亚单位或A结构域与白喉毒素（DT）、霍乱毒素（CT）和其他A/B毒素具有活性位点ADP-核糖基化活性和结构。B结构域是剩余S2–S5亚基的五聚体，比例分别为1:1:2:1。PT亚单位通过一般分泌途径跨细胞质膜分泌。Ptl系统需要在周质中组装全毒素，以便识别和跨外膜输出(法里索等。, 2000). 出口后，B结构域是一种环状低聚物，与宿主细胞糖蛋白受体相互作用，并介导a结构域跨宿主细胞膜的移位。在细胞溶质中，PT ADP核糖基化G蛋白的α亚基，从而干扰受体介导的激活和相关信号通路(伯恩斯，1999年).

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图3

已知的IV型系统在底物易位的途径上有所不同。这个A.肿瘤T-DNA转移系统和幽门螺杆菌CagA系统被认为可以一步将底物穿过膜直接输出到真核细胞胞浆。这个百日咳鲍特菌Ptl系统被认为分两步将PT通过细胞膜输出到细胞外环境。分泌的全毒素随后与哺乳动物细胞膜结合。有关其他详细信息，请参阅文本。

IV型点/icm系统假设有助于嗜肺军团菌在宿主巨噬细胞内存活。与巨噬细胞接触后，嗜肺军团菌诱导孔隙形成并进入液泡。含有嗜肺军团菌成熟为专门的细胞器，避免与内体和溶酶体融合。这个点/icm该系统牵涉到控制吞噬体的贩运，从而为细胞内生存创造了一个生态位。这个点/icm该系统被认为输出影响吞噬体成熟早期阶段的效应器。到目前为止点/icm已确定可能与感染过程无关的系统。回忆起能够转移不相关、可移动质粒的专用接合系统点/icm系统可以将IncQ质粒RSF1010共转染到嗜肺军团菌收件人(沃格尔和伊斯伯格，1999年).

目前没有其他IV型底物的报告。显然，正在进行的研究的一个极为重要的目标是确定这些效应器以及IV型机器促进细胞内存活的机制军团菌、布鲁氏菌、巴尔托内拉菌和立克次体物种。另一个主要目标是确定在致病环境中如何调节IV型机器。对于这些机器的更多机械问题，更容易处理的共轭系统的结构-功能研究是一个合适的指南。关于这些系统的最新信息总结如下。

通过专用共轭系统进行基底转移

细菌结合系统最好被视为一种多功能机器，由蛋白质或蛋白质亚复合物组成，专门从事几种不同的活动：（i）底物处理（松弛体）；（ii）底物对接（偶联蛋白/伴侣）；（iii）易位（交配通道）；和（iv）细胞-细胞附着（菌毛/粘连蛋白）(表1). 加工反应曾被认为是释放一个裸露的ssDNA分子进行转移，但最近的工作表明，这种反应产生了核蛋白颗粒。这种颗粒最少由一种单链形式的质粒组成，该质粒共价连接到一种称为松弛酶的蛋白质上。松驰酶是松驰体的一种成分，30多年前，松驰体是一种蛋白质复合物，可以在转移的质粒起源处裂解DNA链（T链）(oriT公司)顺序。裂解后，松弛酶通过磷酸二酯键与T链的5′端保持连接。如上所述，对于VirD2，这种共价连接，以及在接合期间观察到的DNA转移的5′–3′极性，表明松驰酶可能为T链易位提供必要的底物识别信号和先导功能。

除了T链/松驰酶底物外，现在已经确定，接合机器还可以转移与ssDNA非共价结合的蛋白质。转移蛋白列表包括质粒Collb-P9的Sog引物酶(里斯和威尔金斯，1990年)F和RP4质粒转移系统的RecA(海涅曼，1999)以及T-DNA转移系统中的VirE2 SSB和VirF蛋白(Vergunst公司等。, 2000). 最近关于Sog转移的扩展工作表明，即使质粒不可传递，Collb接合系统也可以将Sog蛋白转移到受体细胞。蛋白质转移的筛选依赖于Sog-primase替代DnaG-primase的能力大肠杆菌在细菌染色体的复制中。补充脱氧核糖核酸交配混合物中检测到缺陷，需要在供体细胞中合成Collb性菌毛，并且由于受体细胞中存在Collb进入排斥功能而被阻断(威尔金斯和托马斯，2000年).

早期的混合感染实验表明A.肿瘤T-DNA缺失突变体能够独立于T链-VirD2复合物转移VirE2 SSB和VirF蛋白（参见克里斯蒂，1997年). 最近，关于病毒E2和病毒F向植物转移的令人兴奋的新证据被提出。在这项研究中，这两种蛋白被融合到噬菌体P1的Cre重组酶中，并从A.肿瘤到拟南芥由Cre介导的重组在液氧植物核基因组中的靶位点。确认之前的工作virB-和virD4-编码的IV型系统被证明是将这两种蛋白质转移到植物细胞所必需的(Vergunst公司等。, 2000).

偶联蛋白和伴侣

两种类型的因子，偶联蛋白和伴侣，似乎是DNA和蛋白质底物向交配通道呈现所必需的。偶联蛋白被认为是连接DNA转移中间体和交配通道的纽带。这些通常被称为TraG蛋白家族，其成员包括T-DNA转移系统的TraG（RP4和Ti质粒）、TrwB（R388）、TraD（F）和VirD4(图2). 这些蛋白质不是松弛体形成或oriT公司缺口、菌毛产生或依赖于通道的噬菌体敏感性（参见赖等。, 2000). 相反，它们具有许多与耦合函数一致的特性。物理特征包括一个N端跨膜结构域和一个大的C端细胞质结构域(Das和Xie，1998年;李等。, 1999). 大多数（但并非全部）具有可识别的Walker A和B核苷酸结合基序，提示存在ATP酶活性。此外，R388 TrwB具有ATP结合活性和DNA结合依赖性环形成，并刺激TrwC松弛酶活性(蒙卡利语等。, 1999). 耦合蛋白和松驰酶组分之间相互作用的其他证据已经提出(萨斯特雷等。, 1998;Szpirer公司等。, 2000). 最后，耦合功能的有力证据来自嵌合转移系统的构建，该系统由一个Tra系统的交配通道和一个不同Tra系统中的异源耦合蛋白组成。其中一些嵌合系统显示底物偏好，反映了偶联蛋白的Tra系统起源(卡贝松等。, 1997;汉密尔顿等。, 2000).

越来越多的证据表明，这些偶联蛋白不仅有助于DNA运输，而且也有助于IV型介导的蛋白质输出。例如，A.tumefaciens病毒D4突变体不能将病毒E2输出到植物细胞(克里斯蒂，1997年;Vergunst公司等。, 2000)、和幽门螺杆菌HPO524突变体无法将CagA输出到哺乳动物细胞(科瓦奇等。, 1999). 这种偶联蛋白家族的成员存在于大多数被检测的IV型系统中，这增加了这些蛋白质或功能等同的蛋白质作为IV型底物的一般对接因子的可能性(图1).

T-DNA转移系统中分泌伴侣的候选者包括T-DNA转移所需但对VirE2出口不必要的VirC1和VirC2蛋白，以及VirE2-出口所需但不用于VirD2 T链出口的VirE1蛋白(克里斯蒂，1997年;朱等。, 2000). 病毒C1与细胞质膜结合，并结合位于T-DNA右边界序列旁边的一个称为“超速”的序列。有趣的是，病毒C1也显示出与细菌ParA蛋白的同源性。进一步研究的一个建议是，病毒C蛋白将松弛体靶向病毒D4偶联蛋白，并在某些情况下配置病毒D2 T链以供出口。相反，病毒E1的物理和功能特性让人联想到III型分泌所需的细胞质伴侣。病毒E1与病毒E2的一个内部结构域相互作用，该结构域重叠于病毒E2自结合和DNA结合所涉及的区域(邓等。, 1999;Sundberg和Ream，1999年;周和克里斯蒂，1999年). 有证据表明VirE1稳定了VirE2体内和抑制病毒E2聚集在体外(邓等。, 1999). 因此，让人想起基于鞭毛（III型）分泌系统中底物特异性伴侣的拟议功能，病毒E1可能与未折叠形式的病毒E2相互作用，并防止其在细菌中过早相互作用。

IV型转移ATP酶

三个假定的ATP酶家族与IV型转移系统相关。其中一个由上述偶联蛋白的TraG家族组成(表1). 第二个由以下同系物组成A.肿瘤病毒B4蛋白。这些蛋白质在IV型系统中普遍存在，有时存在两个或多个拷贝。Walker A基序有缺陷的VirB4突变体是非功能性的，并表现出显性阴性表型，这表明这种ATP酶作为低聚物发挥作用。进一步的研究为跨膜拓扑结构、自结合和对通道形成的结构贡献提供了证据，而通道形成独立于VirB4 ATP酶活性。基于这些特性，这个ATP酶家族可能以ATP诱导的构象变化的形式，通过细胞质膜向胞外亚单位传递信息(党等。, 1999).

激动人心的新进展导致了对第三个ATP酶家族的具体预测，该家族是RP4 TrbB和A.肿瘤病毒B11蛋白。该ATP酶家族的成员存在于迄今为止所表征的所有II型和IV型转移系统中，并且它们具有四个高度保守的基序(里瓦斯等。, 1997). 早期研究表明纯化的VirB11具有ATP水解活性（参见克里斯蒂，1997年)最近的工作报道了质粒RP4的TrbB、质粒R388的TrwD和幽门螺杆菌笼子致病岛(里瓦斯等。, 1997;克劳斯等。，2000年,b条). 尽管质粒RP4的TrbB主要是细胞质的，但这些ATP酶通常与细胞质膜紧密但在外围结合。最近的生物化学和遗传学研究为这些ATP酶的同源异构体形成提供了证据。病毒B11自结合最初是通过野生型的多拷贝表达抑制显性突变而提出的病毒B11最近的遗传学研究支持了一个预测，即病毒B11通过位于其N端和C端的两个域进行自我结合。此外，C末端相互作用域仅在完整Walker A基序的上下文中起作用。因此，ATP结合被预测为VirB11齐聚的关键(拉什科娃等。, 2000).

令人满意的是，最近的结构研究支持了这些遗传研究的预测。电子显微镜显示，TrbB、TrwD和HPO525 ATP酶组装成直径约为12 nm、低电子密度中心区域约为3 nm的同六聚体环(克劳斯等。，2000年,b条). 环通过添加ATP而稳定，ATP水解也通过添加磷脂而刺激，表明与膜发生相互作用。最近幽门螺杆菌与ADP结合的HP0525以2.5 a的分辨率溶解(图4) (Yeo（Yeo）等。, 2000). 每个单体均由HP0525的N端和C端半部分形成的两个结构域组成。在六聚体中，N端和C端结构域形成了两个环，这两个环一起形成了一个腔室，一边开口，另一边闭合。这种结构导致了一种模型，在该模型中，ATP酶的VirB11家族充当伴侣，使人想起GroEL家族，将未折叠的蛋白质转运到细胞质膜上。(克劳斯等。2000亿;Yeo（Yeo）等。, 2000). 这一拟议功能是否是转位酶和菌毛的底物移位和/或生物生成所必需的，有待进一步研究。

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图4

晶体结构幽门螺杆菌HP0525与ADP结合。每个子单元在色带表示中的颜色编码不同。ADP采用球棒式表示，以洋红色编码。该图由G.Waksman善意提供（参见Yeo（Yeo）等。，2000).

配对通道

尽管类病毒B11型ATP酶和细胞外菌毛（见下文）在结构上的定义越来越明确，但要获得交配通道的结构视图则要困难得多。在携带质粒RP4的交配细胞聚集体的外膜之间形成了估计平均长度≈200 nm的共轭连接。然而，尚未检测到可能与这些共轭连接内的交配通道相对应的膜融合或跨膜结构，这就意味着传递通道是一个微妙的解剖特征(萨缪尔等。, 2000).

表1总结了T-DNA转移系统的蛋白质组分和相关系统中同源物的最新信息。尽管这些信息中的大部分最近都被审查过，但需要强调几个有趣的新结果。许多结合系统、噬菌体、鞭毛和III型分泌系统编码具有假定鼠蛋白水解酶活性的酶。通常，这些蛋白质活性位点的突变会干扰噬菌体组装或宏观分子转移效率100到1000倍。有趣的是，病毒B1的突变体A.肿瘤积累细胞VirB2菌毛蛋白，但不能在从剪切细胞中回收的胞外物质中组装足够长度的T菌毛进行检测(赖等。，2000).病毒B1突变体仍然可以将T-DNA转移到植物细胞，尽管效率降低，这就提出了一个问题，即这些突变体是产生一个功能性的、短粗的T-菌毛，还是可以在完全没有T-菌丝形成的情况下转移T-DNA。诺巴林质粒pTiC58中的病毒B1被加工成73个残基的C末端片段，称为病毒B1^*.病毒B1^*定位于细胞外，但在纯化的T-pilus制剂中未检测到。N端反式糖苷酶结构域或C端病毒B1的表达^*片段部分补充非极性病毒B1零突变，表明这两个病毒B1结构域对这种IV型转移系统都有独特的功能(略萨等。，2000).

对于A.肿瘤T-DNA转移系统，该转移通道的拟议成分为与VirD4偶联蛋白和上述两种VirB ATP酶相关联的VirB6、VirB7、VirB 8、Vir B9和VirB 10。病毒B6被认为跨越内膜多达六倍，目前是细胞质膜通道的候选成分。最近研究表明，病毒B6可以稳定两种病毒B蛋白，即病毒B3和病毒B5，这两种蛋白与菌毛的组装或功能有关。此外，非极性病毒B6突变和VirB6过度生产导致其他VirB蛋白的积累减少，为与其他VirB蛋白形成复合物提供了有力证据(哈弗迈耶等。，2000). 病毒B7脂蛋白与自身和病毒B9形成二硫键交联二聚体。异二聚体被假定为在组装T-DNA转移机器期间，其他病毒B蛋白募集和稳定的成核中心(克里斯蒂，1997年). 最近的一项电子显微镜研究也表明，VirB8，一种内膜蛋白，有助于转移系统的生物发生(古玛等。，2000). 在野生型细胞中，发现两种VirB蛋白，即VirB9和VirB10，在细胞表面的离散位置聚集。然而，在病毒B8突变体，这些蛋白质更均匀地分布在细胞表面。这些发现促使人们提出了这样的建议：VirB8有助于新合成的VirB蛋白在细胞表面的定位。为了支持该模型表1已被证明（参见克里斯蒂，1997年;Das和Xie，2000年).

夫妻菌毛

结合系统阐述了几个形态不同的菌毛(Ippen-Ihler和Maneewannakul，1991年). 类F质粒合成直径≈8 nm的长柔韧菌毛，在液体和固体介质中介导有效的质粒转移（通用交配型）。IncP、IncN、IncW和Rh1不相容组的质粒和A.肿瘤T-DNA转移系统产生了更刚性的菌毛，在固体培养基上有效地介导DNA转移，但在液体培养基中效果不佳。Include质粒合成两个菌毛，一个厚的刚性菌毛需要在液体和固体表面结合，另一个薄的柔性菌毛则需要在液体中交配。F菌毛被描述为一个动态结构，它介导受体细胞表面特定受体的附着，并收缩以使供体细胞和受体细胞直接接触(图1). 相反，IncP、N、W、Rh1和I质粒和T-DNA转移系统的刚性菌毛通常与细胞分离，并倾向于聚集成束(Ippen-Ihler和Maneewannakul，1991年;赖和卡多，2000年). 因此，这些菌毛可能通过非特异性疏水相互作用介导细胞聚集，而不是用于建立交配接触的收缩机制。

RP4和T-DNA转移系统有效地将DNA传递给酵母，正如其他地方所回顾的那样，T-DNA转移体系将DNA传递到广泛的其他真核细胞类型(贝茨等。，1998;克里斯蒂和沃格尔，2000年). 菌毛的形成对DNA的跨王国转移非常重要。因此，有理由假设这些系统的结合菌毛对真核靶细胞的附着介导最小。这个嗜肺杆菌dot/icm该系统与组装厚刚性菌毛的Incl-Colb-P9质粒的Tra系统有血缘关系。纤维结构包含dotH（多特）和dotO（点）已在表面上可视化嗜肺军团菌与巨噬细胞或巨噬细胞条件培养基（Watarai等。，2000). 这些结构在功能上可能与Incl质粒的厚菌毛相对应。

IV型系统的菌毛蛋白彼此同源，并显示出一些常见的物理特性。通常，这些蛋白质被合成为具有25-50个残基的超长信号肽的前蛋白(艾森布兰特等。，1999;赖和卡多，2000年). 加工成熟菌毛蛋白需要细胞因子的作用，通常需要一种或多种Tra蛋白(表1). 例如，F的TraA丙氨酸插入细胞质膜需要TraQ蛋白。然后，染色体编码的LepB肽酶裂解信号序列，另一个F编码蛋白TraX N-乙酰化TraA的N末端，生成成熟的菌毛。质粒RP4的TrbC菌毛和T-DNA转移系统的病毒B2菌毛都经历了一个新的成熟途径。这两种蛋白质的信号序列可能被LepB删除，RP4的C末端被染色体和质粒携带的蛋白酶进一步处理。令人相当感兴趣的是，VirB2和TrbC随后发生细菌不熟悉的环化反应，从而形成分子内共价的头尾肽键(艾森布兰特等。，1999). 最近的一项研究表明，RP4-TraF蛋白催化C末端处理反应和TrbC环化；此外，突变分析确定了菌毛环化与菌毛形成、结合DNA转移和噬菌体敏感性之间的相关性(艾森布兰特等。，2000).

成熟的菌毛被认为最初定位于内膜，在那里，当一个未知的信号出现时，它被征募用于菌毛的组装。至少有两条证据表明，匹林单体在底物贩运中也起着更直接的作用。最近的超结构研究表明，在pilin合成中有缺陷的RP4突变体仍然形成共轭连接，与野生型细胞建立的连接没有区别(萨缪尔等。，2000). 有趣的是，这些细胞无法转移DNA。因此，pilin实际上可能是传送机的一个结构部件。其次，最近的一项研究表明百日咳鲍特菌Ptl蛋白，包括PtlA菌毛同源物(图2)是有效分泌PT所必需的(克雷格·梅利厄斯和韦斯，1999年). 不ptl编码菌毛已经被观察到，这与菌毛在PT分泌中的更直接作用一致。最后，有趣的是A.肿瘤病毒B1突变体未能组装可检测的T-pili，但仍能将T-DNA转移到植物细胞。也许在这些突变体中，VirB2菌毛的细胞形式与其他VirB蛋白组装形成功能性通道，而另一种附着机制弥补了T菌毛的缺失。

结束语

最近的研究已经确定了IV型系统和其他细菌分泌途径之间的一些潜在的机制相似性。首先，现在有令人信服的证据表明ATP依赖性伴侣对IV型转移通道和菌毛的底物呈现和/或生物发生有贡献。HP0525的结构解析代表了一项重大进展，HPO525的双六聚环和GroEL型伴侣之间的相似性导致了对VirB11家族成员伴侣活性的强烈预测。病毒B11同源物存在于多种细菌和古细菌中，作为II型分泌物机器和其他菌毛生物发生和能力系统的组成部分，这表明这种拟议的伴侣活性分布极广。其次，ATP-非依赖性病毒E1伴侣与III型分泌伴侣在生理和功能上具有相似性(普莱诺等。，2001). 正如大多数效应物通过III型途径分泌一样，IV型介导的蛋白质输出通常需要类似于病毒E1的伴侣。第三，虽然已经假设偶联蛋白对应于IV型转移中间体的对接位点，但事实上，它们的跨膜拓扑结构、假定的ATP酶活性、，环的形成和已证实的底物相互作用高度暗示了转定位酶在驱动分泌穿过细胞质膜方面的作用。这种（或另一种）病毒B-编码的）转座酶功能，如其他已知的转座酶仍有待检查。第四，尽管IV型转移通道的结构尚不明确，但值得注意的是，小的外膜脂蛋白（如VirB7）的稳定活性已被证明有助于IV型T-DNA和PT转移系统的生物发生，以及无关的表面结构，包括卷毛、成束菌毛和鞭毛(克里斯蒂，1997年). 最后，VirE2的通道活性与百日咳鲍特菌百日咳毒素B五聚体用于A结构域移位(Burns，1999年)以及与III型底物易位相关的B/D蛋白。病毒E2也可能具有类似Tir蛋白的受体活性，用于肠致病性III型分泌物大肠杆菌（欧洲电力公司）(普莱诺等。，2001). 其他IV型系统，包括嗜肺杆菌dot/icm系统(沃格尔和伊斯伯格，1999年)和幽门螺杆菌笼式系统(Segal公司等。，1999年b)，也被提议分别编码成孔和类轮胎活性。

总之，IV型系统本质上是吸引人的分泌机器，因为它们能够在革兰氏阴性细胞膜上移动DNA-蛋白质复合物、多亚单位毒素和单体蛋白质。对IV型易位的机制主题和变异的进一步定义现在和将来都应该集中在模型结合和T-DNA转移系统上。然而，IV型系统也因其对几种医学相关病原体感染过程的作用而成为研究的热门课题。在识别效应分子和定义IV型易位的细胞后果方面所做的大量努力有望产生关于感染过程中激活的信号转导途径的基本新信息。

致谢

参考文献