Molecular biophysical study of the Bacillus thuringiensis Cry4Ba toxin pore structure

การศึกษาเชิงอณูชีวฟิสิกส์ของโครงสร้างของรูรั่วที่เกิดจากโปรตีนสารพิษชนิด Cry4Ba จากแบคทีเรีย bacillus thuringiensis

Name: Puey Ounjai

LCSH: Electron microscopy

MeSH: Bacillus thuringiensis

MeSH: Microscopy, Electron

MeSH: Crystallography

Abstract: Bacillus thuringiensis Cry4Ba δ-endotoxin is a membrane-pore-forming toxin that is specifically pathogenic to Aedes and Anopheles mosquito larvae. The toxins work by forming pores and causing cell lysis through mechanisms that are not fully understood. In this study, it was shown that, in solution, the 65-kDa activated Cry4Ba toxin assembles into an unstable oligomeric intermediate. Toxin adsorption to a lipid monolayer formed at an air-water interface suggested that the binding of the Cry4Ba oligomer to lipid membranes is triggered by carbohydrate. In addition, the 65-kDa activated Cry4Ba toxin was crystallized in the presence of 1,2-Dimyristoyl-sn- Glycero-3-Phosphocholine (DMPC) via detergent dialysis and the lipid-associated toxin structure was determined by electron crystallography. Depending on the surface properties of the carbon supported film, 2D crystals of the oligomeric toxin complex seemed to adopt two distinct conformations. The projection maps of those crystals have been generated at 15 Å resolution. Both complexes appeared to be trimeric. However, in one crystal form, the projection structure revealed a symmetrical pinwheel-like shape with virtually no depression in the middle of the complex. The other crystal form revealed a propeller-like conformation displaying an obvious hole in the center region, possibly representing the toxin-induced pore. A three-dimensional density map generated from the propeller-like crystal supported the idea that the toxin interacts peripherally with the membrane with most of the toxin remaining unchanged. In conclusion, the 65-kDa Cry4Ba toxin exists in at least two trimeric states in association with lipid membrane.

Abstract: โปรตีนสารพิษชนิด Cry4Ba จากแบคทีเรีย Bacillus thuringiensis สามารถฆ่าลูกน้ำยุงที่เป็นพา หะนำโรคหลายชนิดได้อย่างจำเพาะเจาะจง โดยก่อให้เกิดรูรั่วบนเยื่อหุ้มเซลล์และทำให้เกิดการแตกของเซลล์ อย่างไรก็ตาม กลไกและขั้นตอนในการฆ่าลูกน้ำยุงของโปรตีนสารพิษชนิดนี้ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ในการศึกษา นี้ เราพบว่าถึงแม้โปรตีนจะทำงานโดยการสร้างรูรั่วในเยื่อหุ้มไขมัน การรวมตัวกันของโปรตีน Cry4Ba ที่เป็น โอลิโกเมอร์นั้นสามารถเกิดขึ้นได้แม้อยู่ในสารละลาย ทว่าโอลิโกเมอร์มัธยันต์ (Oligomeric intermediate) ที่ เกิดขึ้นในสารละลายนั้นจะมีเสถียรภาพต่ำ นอกจากนี้ ผลที่ได้การศึกษาการจับกันของโปรตีนสารพิษกับเยื่อหุ้ม ไขมันชั้นเดียวที่ถูกสร้างขึ้นที่บริเวณรอยต่อของน้ำและอากาศนั้น ยังสนับสนุนแนวคิดที่ว่าการจับกันของ โอลิโกเมอร์ของโปรตีน Cry4Ba กับเยื่อหุ้มไขมันอาจถูกกระตุ้นได้ด้วยสารจำพวกคาร์โบไฮเดรต ยิ่งไปกว่านั้น จากการวิเคราะห์โครงสร้างจตุรภูมิโดยวิธี Electron crystallography ของโปรตีน Cry4Ba ในเยื่อหุ้ม ไขมัน DMPC ซึ่งได้จากการตกผลึกด้วยวิธี Detergent dialysis พบว่ามีผลึกสองมิติ (2D crystal)ของ โปรตีน Cry4Ba อย่างน้อย 2 ชนิดซึ่งขึ้นกับคุณสมบัติของพื้นผิวคาร์บอนที่ค้ำจุนอยู่ จากการวิเคราะห์ภาพฉาย มุมบนของโปรตีนที่ได้จากผลึกทั้ง 2 ชนิด พบว่าผลึกทั้งคู่ประกอบขึ้นจากไตรเมอร์ของโปรตีน Cry4Ba ซึ่ง ผลึกที่จับกับพื้นผิวไฮโดรโฟบิกนั้นมีรูปลักษณ์คล้ายคลึงกับกังหันสามใบ (Three-bladed pinwheel) ที่ สมมาตรและหมุนตามเข็มนาฬิกา (Clockwise handedness) โดยที่ในใจกลางของไตรเมอร์นั้นไม่มีร่องอยู่ ในขณะที่ผลึกที่จับกับพื้นผิวไฮโดรฟิลิกนั้นเป็นรูปใบพัด (Propeller) ซึ่งมีรูอยู่ที่ตรงใจกลางของโมเลกุลอย่าง เห็นได้ชัด และรูดังกล่าวนี้ อาจจะเป็นรูรั่วที่โปรตีนสารพิษชนิดนี้สร้างขึ้นก็เป็นได้ โครงสร้างสามมิติของโปรตีน ไตรเมอร์แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างโมเลกุลของโปรตีนชนิดนี้ไม่มีการเปลี่ยนแปลงมากนักในตอนที่จับกับเยื่อหุ้ม ไขมัน สรุปได้ว่าโปรตีนสารพิษชนิด Cry4Ba นี้จะจับกับเยื่อหุ้มไขมันในรูปของไตรเมอร์

Mahidol University

Address: NAKHON PATHOM

Email: liwww@mahidol.ac.th

Name: Chanan Angsuthanasombat

Role: Thesis Advisors

Created: 2007

Modified: 2553-06-19

Issued: 2010-06-08

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

CallNumber: TH P977m 2007

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Molecular Genetics and Genetic Engineering

Grantor: Mahidol University

©copyrights Mahidol University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	4436432.pdf	10.14 MB	8	2018-05-29 11:39:43

ใช้เวลา

-0.668125 วินาที