分子間πスタッキング相互作用は、細孔形成毒素でのβバレル形成に必要な立体構造の変化を駆動します

細孔形成コレステロール依存性サイトリシン（CDC）の可溶性モノマーの結晶構造には、ねじれたコアβシートに隣接する2つのαヘリカルバンドルが含まれています。このタンパク質の折り畳みは、CDCSの特徴であり、膜攻撃複合体/パーフォリン免疫防御タンパク質と石魚毒素の特徴です。βバレル細胞を形成するために、コアβシートが平坦化されて、膜にまたがるβ-ヘアピンを整列させます。この立体構造の変化と同時に、コアβシートに隣接する2つのαヘリカルバンドルは、抑制接触を破壊し、βバレル細胞の2つの膜に導くβ-ヘアピンに再溶けます。ここでの研究は、アーキタイプCDC Perfringolysin O（PFO）のモノマー構造において、保存されたMet-Met-PHE Triadが同時にこのコアβシートのねじれを維持し、αヘリカルからαのリリカルからのものを制限することに貢献することを示しています。2つの膜にまたがるβ-ヘアピンのいずれかを形成するために必要な-β鎖遷移。以前に特定された分子間πスタッキング相互作用は、この保存されたトライアドによって媒介される相互作用を破壊することが示されています。これは、以前にβバレル細孔を形成するために必要な最終的な立体配座の変化を促進することが示されている後続の分子間の相互作用を確立するために必要です。したがって、これらの研究は、分子間πスタッキングおよび静電相互作用がタンデムで機能し、コアβシートを平らにし、αヘリカルからβ-鎖遷移を開始してβバレル細孔を形成することを示しています。CDC/MACPF/SNTX（コレステロール依存性サイトリシン/膜攻撃複合型フォルフォリン/ストーンフィッシュ毒素）孔形成毒素のスーパーファミリーは、βバレル細胞を含むβ鎖がαヘリカルバンドルのペアに由来することです。これらの研究は、前室の複合体内で分子間相互作用の形成が、プレポアの各モノマー内の分子内相互作用の破壊を駆動して、αヘリカルからβ-ストランドへの移行とβバレル細胞の移行と形成を引き起こす分子的基礎を明らかにしています。。

The crystal structures of the soluble monomers of the pore-forming cholesterol-dependent cytolysins (CDCs) contain two α-helical bundles that flank a twisted core β-sheet. This protein fold is the hallmark of the CDCs, as well as of the membrane attack complex/perforin immune defense proteins and the stonefish toxins. To form the β-barrel pore, a core β-sheet is flattened to align the membrane-spanning β-hairpins. Concomitantly with this conformational change, the two α-helical bundles that flank the core β-sheet break their restraining contacts and refold into two membrane-spanning β-hairpins of the β-barrel pore. The studies herein show that in the monomer structure of the archetype CDC perfringolysin O (PFO), a conserved Met-Met-Phe triad simultaneously contributes to maintaining the twist in this core β-sheet, as well as restricting the α-helical-to-β-strand transition necessary to form one of two membrane-spanning β-hairpins. A previously identified intermolecular π-stacking interaction is now shown to disrupt the interactions mediated by this conserved triad. This is required to establish the subsequent intermolecular electrostatic interaction, which has previously been shown to drive the final conformational changes necessary to form the β-barrel pore. Hence, these studies show that the intermolecular π-stacking and electrostatic interactions work in tandem to flatten the core β-sheet and initiate the α-helical-to-β-strand transitions to form the β-barrel pore.IMPORTANCE A unique feature of the CDC/MACPF/SNTX (cholesterol-dependent cytolysin/membrane attack complex perforin/stonefish toxin) superfamily of pore-forming toxins is that the β-strands that comprise the β-barrel pore are derived from a pair of α-helical bundles. These studies reveal the molecular basis by which the formation of intermolecular interactions within the prepore complex drive the disruption of intramolecular interactions within each monomer of the prepore to trigger the α-helical-to-β-strand transition and formation of the β-barrel pore.