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仕事中のマスタースカルプター。腸原性大腸菌感染症はミトコンドリアのタンパク質分解を特異的に修飾し、ヒト細胞死を制御している
Master Sculptor at Work: Enteropathogenic Escherichia coli Infection Uniquely Modifies Mitochondrial Proteolysis during Its Control of Human Cell Death.
PMID: 32487743 DOI: 10.1128/mSystems.00283-20.
抄録
腸原性（EPEC）は、重度の下痢性疾患を引き起こし、世界的に存在しています。EPECの病原性は、ヒトの腸管細胞に20種類以上のエフェクター蛋白質を注入するために、細菌のIII型分泌系を必要とする。3種類のエフェクターがミトコンドリアに移動してアポトーシスを調節しているが、ミトコンドリア内からアポトーシスを制御するメカニズムは不明である。感染時のミトコンドリアのタンパク質分解のグローバルな変化を同定し、定量化するために、ミトコンドリア末端プロテオミクス技術である細胞培養-erminal mine sotopic abeling of ubstrates (MS-TAILS)を用いて、アミノ酸によるイトコンドリアテーブルアイソトープ標識を行った。MS-TAILSは、1,060個のユニークなタンパク質から1,695個のアミノN末端ペプチドと215個のミトコンドリアタンパク質から390個のN末端ペプチドを偽発見率0.01で同定した。感染は230の細胞性タンパク質と40のミトコンドリアタンパク質を改変し、27の切断されたミトコンドリアのネオN末端を生成し、ミトコンドリア内でのタンパク質分解処理が変化したことを実証した。EPECに特異的なタンパク質分解イベントと正則的なアポトーシスのものを区別するために、我々はそれらの化学的に誘導されたアポトーシスから報告されたものと感染中のミトコンドリアの変化を比較した。感染中、すべてのミトコンドリアの切断の半分以下は、以前に正準アポトーシスのために記載されていた、と我々は、アポトーシスに注釈された役割を持つタンパク質のいくつかを含む、以前に報告されていない9つのミトコンドリアのタンパク質分解部位を同定したが、どれもカスパーゼ切断に関連する正準アスパラギン酸-グル-バル-アスパラギン酸（DEVD）サイトで発生しませんでした。新規なネオ N 末端の同定と定量化は、感染時に細胞死を調節するミトコンドリア標的エフェクターに起因する非カスパーゼヒトまたは EPEC プロテアーゼの関与を証明しています。すべてのプロテオミクスデータは、識別子PXD016994でProteomeXchange経由で入手可能である。 我々の知る限り、これは細菌感染時のミトコンドリアプロテオームまたはN末端の研究の最初のものである。ミトコンドリアのN-terterminomeにはこれまで報告されていなかった開裂部位が同定され、ヒト細胞のアポトーシスを制御するための病原体特異的な戦略が明らかになった。これらのデータは、感染中のミトコンドリアとアポトーシスを標的とする病原性因子の新たなメカニズムを示唆し、ミトコンドリア内のEPECプロテアーゼの基質候補を含め、腸原性（EPEC）が感染中のヒト細胞死の経路をどのように操作するかを浮き彫りにした。この理解は、感染時にミトコンドリアを標的とする多くのヒト病原体に対する新しい抗ウイルス戦略の開発に役立つ。したがって、細胞培養-erminal mine sotopic abeling of ubstrates（MS-TAILS）のアミノ酸によるイトコンドリアのテーブルアイソトープ標識は、ヒトの細胞コンパートメントを標的とした他の病原体の研究に有用である。
Enteropathogenic (EPEC) causes severe diarrheal disease and is present globally. EPEC virulence requires a bacterial type III secretion system to inject >20 effector proteins into human intestinal cells. Three effectors travel to mitochondria and modulate apoptosis; however, the mechanisms by which effectors control apoptosis from within mitochondria are unknown. To identify and quantify global changes in mitochondrial proteolysis during infection, we applied the mitochondrial terminal proteomics technique itochondrial table isotope labeling by amino acids in cell culture-erminal mine sotopic abeling of ubstrates (MS-TAILS). MS-TAILS identified 1,695 amino N-terminal peptides from 1,060 unique proteins and 390 N-terminal peptides from 215 mitochondrial proteins at a false discovery rate of 0.01. Infection modified 230 cellular and 40 mitochondrial proteins, generating 27 cleaved mitochondrial neo-N termini, demonstrating altered proteolytic processing within mitochondria. To distinguish proteolytic events specific to EPEC from those of canonical apoptosis, we compared mitochondrial changes during infection with those reported from chemically induced apoptosis. During infection, fewer than half of all mitochondrial cleavages were previously described for canonical apoptosis, and we identified nine mitochondrial proteolytic sites not previously reported, including several in proteins with an annotated role in apoptosis, although none occurred at canonical Asp-Glu-Val-Asp (DEVD) sites associated with caspase cleavage. The identification and quantification of novel neo-N termini evidences the involvement of noncaspase human or EPEC protease(s) resulting from mitochondrial-targeting effectors that modulate cell death upon infection. All proteomics data are available via ProteomeXchange with identifier PXD016994 To our knowledge, this is the first study of the mitochondrial proteome or N-terminome during bacterial infection. Identified cleavage sites that had not been previously reported in the mitochondrial N-terminome and that were not generated in canonical apoptosis revealed a pathogen-specific strategy to control human cell apoptosis. These data inform new mechanisms of virulence factors targeting mitochondria and apoptosis during infection and highlight how enteropathogenic (EPEC) manipulates human cell death pathways during infection, including candidate substrates of an EPEC protease within mitochondria. This understanding informs the development of new antivirulence strategies against the many human pathogens that target mitochondria during infection. Therefore, itochondrial table isotope labeling by amino acids in cell culture-erminal mine sotopic abeling of ubstrates (MS-TAILS) is useful for studying other pathogens targeting human cell compartments.
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