Identification and mechanistic characterization of type IV pilus secretin channel interacting proteins in P seudomonas aeruginos

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)의 제 IV형 섬모(type IV pilus, T4P) 시스템에서 PilQ 시크리틴의 기능적·구조적 조절 기전을 규명하였다. 유전학적 분석과 극저온 전자현미경(cryo-electron microscopy)을 이용한 구조 시각화를 병행하여, SlkA와 SlkB가 분리된 PilQ 공극을 차단하는 내강 플러그(luminal plug)로 작용함으로써 외막의 무결성을 유지함을 입증하였다. 이는 시크리틴의 개폐 조절(gating)이 PilQ 단독이 아니라 다층적 안정화 기작에 의해 유지됨을 보여준다. PilQ와 연관된 보조 구성 요소들?과주질(periplasmic) 스캐폴드 단백질 TsaP, 외막 고리 단백질 PA0359, 그리고 PilQ N-말단에 존재하는 AMIN 도메인들?에 대한 비교 분석 결과, 이들 요소가 시크리틴의 위치 결정, 안정성, 박테리오파지 감수성, 및 T4P 의존적 운동성에 서로 중복되지 않는 방식으로 기여함을 확인하였다. 특히 AMIN1은 시크리틴의 극성 국소화와 파지 유입에 필수적인 결정 인자로 밝혀졌다. 반면, 명확한 고리 구조를 지닌 PA0359는 본 연구에서 사용한 조건에서는 기능이 포착되지 않았으나, 환경 또는 기질(matrix) 의존적인 역할을 수행할 가능성이 시사되었다. 종합하면, 본 연구는 PilQ가 다양한 과주질 및 외막 구성 요소들에 의해 지지되는 다기능적 구조체임을 확립하고, 시크리틴 연관 네트워크가 녹농균의 표면 행동을 가능하게 하는 분자적 기전을 이해하는 데 중요한 통찰을 제공한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Functional and structural mechanisms that govern the PilQ secretin of the type IV pilus (T4P) system in Pseudomonas aeruginosa were refined in this study. Through a combination of genetic analyses and visualization through cryo-electron microscopy, we demonstrate that SlkA and SlkB function as luminal plug that block disengaged PilQ pores and preserve outer-membrane integrity, revealing that secretin gating is maintained by a multilayered stabilization rather than by PilQ alone. Comparative analyses of PilQ-associated accessory components—including the periplasmic scaffold TsaP, the outer-membrane ring protein PA0359, and the AMIN domains within the PilQ N-terminus—show that these factors contribute in distinct and non-redundant ways to secretin positioning, stability, phage susceptibility, and T4P-dependent motility. AMIN1 emerged as an essential determinant of secretin’s polar localization and phage entry, whereas PA0359, despite its well-defined ring architecture, may perform environment- or matrix-dependent functions that were not captured under the tested conditions. Together, this study establishes PilQ as a multifunctional structure supported by diverse periplasmic and outer-membrane elements and provides an insight of mechanism for understanding how secretin-associated networks enable the surface behaviors of P. aeruginosa.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Biology and Therapeutic Potential of Type IV Pili and Secretin Channels in Pseudomonas aeruginosa 1
• 1.1. Introduction 1
• 1.2. The Type IV Pilus System in P. aeruginosa 4
• 1.3. Architectural and Evolutionary Features of Secretin Channels 6
• 1.4. Mechanistic Roles of PilQ in T4P Biogenesis, Envelope Integrity, and Phage Interaction 7
• 1.5. Therapeutic Implications: Secretin Dynamics, Phage Modulation, and Antibiofilm Strategies 9
• 1.6. Conclusion 10
• Chapter 2. Secretin-interacting plug proteins prevent antibiotic influx during type IV pilus assembly in Pseudomonas aeruginosa 11
• 2.1. Abstract 11
• 2.2. Introduction 12
• 2.3. Results 14
• 2.4. Discussions 50
• 2.5. Materials and Methods 54
• Chapter 3. Role of accessory proteins of PilQ in structural integrity of the secretin channel 95
• 2.1. Abstract 95
• 2.2. Introduction 96
• 2.3. Results 97
• 2.4. Discussions 115
• 2.5. Materials and Methods 117
• Conclusion 129
• References 131
• Abstract in Korean 139