Many intracellular bacteria, including Legionella pneumophila, rely on Type IV secretion system (T4SS) to translocate a repertoire of effector proteins into host cells for their survival and growth. T4CP is a hexameric ATPase that links translocating substrates to the transenvelope secretion conduit. Yet, how a large number of effector proteins are selectively recruited and processed by T4CPs remains enigmatic. DotL, the T4CP of L. pneumophila, contains an ATPase domain and a unique C-terminal extension whose function is unknown. Unlike T4CPs recruiting plasmid DNA for translocation, DotL appeared to function by forming a multi-protein complex together with four other proteins. Herein, we found that the C-terminal extension of DotL interacts with DotN, IcmS, IcmW and a newly identified subunit LvgA, and show that this pentameric assembly binds Legionella effector proteins. We determined the crystal structure of this assembly, and built an architecture of the T4CP holocomplex by combining a homology model of the N-terminal ATPase domain of DotL. The holocomplex is a hexamer of a bipartite structure composed of a membrane-proximal ATPase domain and a membrane-distal substrate-recognition assembly. The presented information represents the architecture and functional dissection of the multi-protein T4CP complexes in pathogenic bacteria, and provides important insights into their substrate recruitment and processing.
레지오넬라 뉴모필라 균을 포함하는 많은 세포 내 기생 박테리아는 숙주세포에서 생존 및 생장을 하기 위해 이펙터 단백질 무리를 제 4 유형 분비 체계를 이용해 분비한다. T4CP는 6량체의 ATPase로, 운반되는 기질과 막을 관통하는 분비 도관을 연결하고 있다. 그러나 어떻게 많은 수의 이펙터 단백질들이 T4CP에 의해 선택적으로 선별되고, 가공되는지는 수수께끼이다. 레지오넬라균의 T4CP인 DotL은 ATPase 도메인과 기능이 알려지지 않은 독특한 C 말단 연장부분을 가지고 있다. Plasmid DNA를 운반하는 T4CP들과 달리, DotL은 다른 4개의 단백질과 다중 단백질 복합체를 이뤄 기능을 하는 것으로 보인다. 여기에서 우리는 DotL의 C 말단 연장부분이 DotN, IcmS, IcmW 그리고 새롭게 확인된 LvgA와 결합하는 것을 발견하였고, 이 5량체 조립체가 레지오넬라 이펙터 단백질과 결합하는 것을 보았다. 우리는 이 조립체의 크리스탈 구조를 결정하였고, DotL의 N 말단 ATPase 도메인부분의 상동성 모델과 결합을 통해 T4CP 전체복합체의 구조를 구축할 수 있었다. 전체구조는 막 근처 ATPase 도메인과 막과 멀리 떨어진 기질 인식 조립체의 이단구조로 된 6량체로 되어있다. 게재된 정보는 병원균이 가지는 다중 단백질 T4CP 복합체의 구조와 기능적 해부를 보여주며, 그들의 기질 선별과 가공에 있어 중요한 통찰력을 제공한다.
