Pinholiny są produktem genów fagów, które także kodują endolizyny z domeną SAR (signal anchor release). Są one swoistymi zegarami, które kontrolują czas, w którym ma dojść do lizy komórki gospodarza.

Opis pinholin

Pinholiny należą do drugiej klasy holin. Tworzą one mini otwory, dziurki o średnicy <2 nm w błonie wewnętrznej komórki bakteryjnej. Nie są zdolne do utworzenia na tyle dużych otworów, aby mogły być przez nie transportowane endolizyny. Natomiast poprzez utworzenie dziurek doprowadzają do zaburzenia gradientu protonowego błony a co za tym idzie do jej depolaryzacji. To pozwala endolizynom z domeną SAR, która jest zakotwiczona w błonie wewnętrznej komórki bakteryjnej, na ich uwolnienie do peryplazmy i prawidłowe sfałdowanie się endolizyn do aktywnej formy. Dobrze poznaną pinholiną jest białko S²¹68, które jest produktem genu S²¹ lambdoidalnego bakteriofaga 21.

Budowa pinholin

Enzymy te zbudowane są z dwóch domen transmembranowych (TMD1 i TMD2). TMD1 to N-końcowa sekwencja sygnałowa, która jest inhibitorem dla domeny TMD2 w pozycji trans. Domena ta nie jest związana z błoną i nie bierze udziału w tworzeniu dziurek, ale za to pełni funkcję regulacyjną. Z kolei domena TMD2 jest związana z błoną wewnętrzną komórki gospodarza i bierze udział w formowaniu dziurek (Ryc. 1).

Ryc. 1. Budowa pinholin. A – pinholina w formie nieaktywnej. N-koniec domeny TMD1 i C-koniec domeny TMD2 znajdują się w cytoplazmie komórki bakteryjnej. B – Pinholina w formie aktywnej gotowej do tworzenia dimerów. Domena TMD1 znajduje się częściowo w peryplazmie. BW – błona wewnętrzna (rycina powstała na podstawie opracowań Grabowski et. al. 2021 oraz Ahammad et. al. 2019).

Mechanizm działania pinholin

Gdy tylko geny późnej lizy bakteriofaga ulegają ekspresji N-końcowa domena TMD1 częściowo opuszcza błonę wewnętrzną i przedostaje się do peryplazmy. To doprowadza do aktywacji domeny TMD2, która zaczyna się akumulować w błonie w postaci dimerów. Po przekroczeniu stężenia krytycznego z dimerów tworzą się oligomery (tzw. tratwy) a potem heptamery, które tworzą dziurki. Szacuje się, że około 16 tratw zwierających około 60 heptamerycznych dziurek jest formowanych w błonie wewnętrznej komórki bakteryjnej. Wytworzone dziurki zaburzają gradient protonowy błony prowadząc do jej depolaryzacji.

Literatura

1. Ahammad, T., Drew, D.L., Sahu, I.D., Khan, R.H., Butcher, B.J., Serafin, R.A., Galende, A. P., McCarrick, R.M., Lorigan, G.A., 2020. Conformational differences are observed for the active and inactive forms of Pinholin S21 using DEER spectroscopy. J. Phys. Chem. B 124, 11396–11405. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.0c09081.
2. Grabowski Ł, Łepek K, Stasiłojć M, Kosznik-Kwaśnicka K, Zdrojewska K, Maciąg-Dorszyńska M, Węgrzyn G, Węgrzyn A. (2021) Bacteriophage-encoded enzymes destroying bacterial cell membranes and walls, and their potential use as antimicrobial agents. Microbiological Research; 248:126746. DOI: 10.1016/j.micres.2021.126746.
3. Woźnica, W. M., Bigos, J., & Łobocka, M. B. (2015). Liza komórek bakteryjnych w procesie uwalniania bakteriofagów–kanoniczne i nowo poznane mechanizmy. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej, 69, 114-126; PMID: 25614679.