Spatial Structure of the C-Terminal Domain of Bacillus cereus Hemolysin II is Stabilized in the Composition of the Full-Size Toxin

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Hemolysin II (HlyII) is one of the key pathogenic factors of Bacillus cereus, a pore-forming toxin with a spatial structure of the β-barrel type, possessing a C-terminal extension of 94 amino acid residues, designated as the C-terminal domain of HlyII (HlyIICTD). In this work, site-directed mutagenesis of amino acid residues lying on the surface of the HlyIICTD protein globule was carried out. The work has been demonstrated that the C-terminal domain can simultaneously exist in several structural isoforms. The move of the three-dimensional structure of HlyIICTD into a stable form as a part of water-soluble full-length toxin monomer is observed. Recombinant proteins and their mutant forms using producing strain Escherichia coli BL21 (DE3) were obtained. Their interaction with monoclonal antibodies HlyIIC-16 and HlyIIC-23 by enzyme immunoassay was studied. To define the epitopes of the phage display of HlyIIC-16 and HlyIIC-23, site-directed mutagenesis, gene cloning of individual parts of the HlyIICTD molecule, three-dimensional modeling of HlyIICTD fused to SlyD using the AlphaFold program were used. It was shown that monoclonal antibodies obtained against HlyIICTD interacted with intact HlyIICTD much more effectively than with the full-length toxin and the chimeric protein – HlyIICTD fused with SlyD. Antibodies HlyIIC-16 and HlyIIC-23 effectively inhibited each other's interaction with immobilized HlyIICTD in an enzyme-linked immunosorbent assay, indicating the proximity of their epitopes on the surface of the HlyIICTD molecule. Phage display, site-directed mutagenesis, and gene cloning of individual parts of the HlyIICTD molecule were used to determine the epitopes of HlyIIC-16 and HlyIIC-23. Spatial modeling of HlyIICTD fused to SlyD using the AlphaFold program suggested the location of the HlyIIC-16 and HlyIIC-23 epitopes on the Gly341–Gly364 region of the HlyII protein. It was demonstrated that the C-terminal domain can simultaneously exist in several structural states (isoforms). In the water-soluble form of the full-length toxin monomer, a transition of the spatial structure of HlyIICTD to a stable form is observed.

About the authors

N. V Rudenko

Branch of the Federal State Budgetary Institution of Science, State Scientific Center of the Russian Federation, Institute of Bioorganic Chemistry named after Academicians M.M. Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikova Russian Academy of Sciences (Branch of the State Research Center IBCh RAS)

Email: nrudkova@mail.ru
Pushchino, Russia

B. S Melnik

Branch of the Federal State Budgetary Institution of Science, State Scientific Center of the Russian Federation, Institute of Bioorganic Chemistry named after Academicians M.M. Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikova Russian Academy of Sciences (Branch of the State Research Center IBCh RAS); Institute of Protein Research of the Russian Academy of Sciences (IPR RAS)

Pushchino, Russia; Pushchino Russia

A. P Karatovskaya

Branch of the Federal State Budgetary Institution of Science, State Scientific Center of the Russian Federation, Institute of Bioorganic Chemistry named after Academicians M.M. Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikova Russian Academy of Sciences (Branch of the State Research Center IBCh RAS)

Pushchino, Russia

A. S Nagel

G.K. Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms of the Russian Academy of Sciences (IBFM RAS) “Federal Research Center “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”

Pushchino, Russia

Zh. I Andreeva-Kovalevskaya

G.K. Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms of the Russian Academy of Sciences (IBFM RAS) “Federal Research Center “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”

Pushchino, Russia

A. V Zamyatina

Branch of the Federal State Budgetary Institution of Science, State Scientific Center of the Russian Federation, Institute of Bioorganic Chemistry named after Academicians M.M. Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikova Russian Academy of Sciences (Branch of the State Research Center IBCh RAS)

Pushchino, Russia

O. S Vetrova

Branch of the Federal State Budgetary Institution of Science, State Scientific Center of the Russian Federation, Institute of Bioorganic Chemistry named after Academicians M.M. Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikova Russian Academy of Sciences (Branch of the State Research Center IBCh RAS)

Pushchino, Russia

A. V Siunov

G.K. Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms of the Russian Academy of Sciences (IBFM RAS) “Federal Research Center “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”

Pushchino, Russia

F. A Brovko

Branch of the Federal State Budgetary Institution of Science, State Scientific Center of the Russian Federation, Institute of Bioorganic Chemistry named after Academicians M.M. Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikova Russian Academy of Sciences (Branch of the State Research Center IBCh RAS)

Pushchino Russia

A. S Solonin

G.K. Skryabin Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms of the Russian Academy of Sciences (IBFM RAS) “Federal Research Center “Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences”

Pushchino, Russia

References

  1. Logan N.A. // J. Appl. Microbiol. 2012. V.3. P. 417–429. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2011.05204.x
  2. Ramarao N., Sanchis V. // Toxins (Basel). 2013. V. 5. P. 1119–1139. https://doi.org/10.3390/toxins5061119
  3. Miles G., Bayley H., Cheley S. // Protein Sci. 2002. V. 11. P. 1813–1824. https://doi.org/doi.org/10.1110/ps.0204002
  4. Rudenko N.V., Nagel A.S., Melnik B.S., Karatovskaya A.P., Vetrova O.S., Zamyatina A.V., Andreeva-Kovalevskaya Z.I., Siunov A.V., Shlyapnikov M.G., Brovko F.A., Solonin A.S. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 22. P. 16437. https://doi.org/10.3390/ijms242216437
  5. Romero P., Obradovic Z., Li X., Garner E.C., Brown C.J., Dunker A.K. // Proteins. 2001. V. 1. P. 38–48. https://doi.org/10.1002/1097-0134(20010101)42:138::aid-prot503.0.co;2-3
  6. Xue B., Dunbrack R.L., Williams R.W., Dunker A.K., Uversky V.N. // Biochim. Biophys. Acta. 2010. V. 4. P. 996–1010. https://doi.org/10.1016/j.bbapap.2010.01.011
  7. Kaplan A.R., Kaus K., De S., Olson R., Alexandrescu A.T. // Sci. Rep. 2017. V. 1. P. 3277. https://doi.org/10.1038/s41598-017-02917-4
  8. Kaplan A.R., Olson R., Alexandrescu A.T. // Protein Sci. 2021. V. 5. P. 990–1005. https://doi.org/10.1002/pro.4066
  9. Nagibina G.S., Melnik T.N., Glukhova K.A., Uversky V.N., Melnik B.S. // Intrinsic Disorder-Based Design of Stable Globular Proteins // In: Progress in Molecular Biology and Translational Science. 2020. V. 174. P. 157–186. https://doi.org/10.1016/bs.pmbts.2020.05.005
  10. Cardone C., Caseau C.M., Pereira N., Sizun C. // Int. J. Mol. Sci. 2021. V. 4. P. 1537. https://doi.org/10.3390/ijms22041537
  11. Joseph A.P., Srinivasan N., de Brevern A.G. // Amino Acids. 2012. V. 43. P. 1369–1381. https://doi.org/10.1007/s00726-011-1211-9
  12. Schmidpeter P.A., Koch J.R., Schmid F.X. // Biochim. Biophys. Acta. 2015. V. 1850. P. 1973–1982. https://10.1016/j.bbagen.2014.12.019
  13. Morgan A.A., Rubenstein E. // PLoS One. 2013. V. 8. P. e53785. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0053785
  14. Vakilian M. // Clin. Immunol. 2022. V. 234. P. 108896. https://doi.org/10.1016/j.clim.2021.108896
  15. Ünal C.M., Steiner M. // Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2014. V. 78. P. 544–571. https://doi.org/10.1128/MMBR.00015-14
  16. Ladani S.T., Souffrant M.G., Barman A., Hamelberg D. // Biochim. Biophys. Acta. 2015. V. 1850. P. 1994–2004. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2014.12.023
  17. Bochicchio B., Pepe A. // Chirality. 2011. V. 9. P. 694–702. https://doi.org/10.1002/chir.20979
  18. Rudenko N.V., Karatovskaya A.P., Zamyatina A.V., Siunov A.V., Andreeva-Kovalevskaya Z.I., Nagel A.S., Brovko F.A., Solonin A.S. // Bioorg. Khim. 2020. V. 46. P. 321–326. https://doi.org/10.1134/S1068162020030188
  19. Zamyatina A.V., Rudenko N.V., Karatovskaya A.P., Shepelyakovskaya A.O., Siunov A.V., AndreevaKovalevskaya Z.I., Nagel A.S., Salyamov V.I., Kolesnikov A.S., Brovko F.A., Solonin A.S. // Bioorg. Khim. 2020. V. 6. P. 1214–1220. https://doi.org/10.1134/S1068162020060382
  20. Notredame C., Higgins D., Heringa J. // J. Mol. Biol. 2000. V. 1. P. 205–217. https://doi.org/10.1006/jmbi.2000.4042
  21. Crooks G.E., Hon G., Chandonia J.M., Brenner S.E. // Genome Res. 2004. V. 14. P. 1188–1190. https://doi.org/10.1101/gr.849004
  22. Kaplan A.R., Maciejewski M.W., Olson R., Alexandrescu A.T. // Biomol. NMR Assign. 2014. V. 2. P. 419–423. https://doi.org/10.1007/s12104-013-9530-2
  23. Cheng Y., Oldfield C.J., Meng J., Romero P., Uversky V.N., Dunker A.K. // Biochemistry. 2007. V. 47. P. 13468–13477. https://doi.org/10.1021/bi7012273
  24. Kovermann M., Schmid F.X., Balbach J. // Biol. Chem. 2013. V. 8. P. 965–975. https://doi.org/10.1515/hsz-2013-0137
  25. Abramson J., Adler J., Dunger J. // Nature. 2024. V. 630. P. 493–500. https://doi.org/10.1038/s41586-024-07487-w
  26. Jumper J., Evans R., Pritzel A., Green T., Figurnov M., Ronneberger O., Tunyasuvunakool K., Bates R., Židek A., Potapenko A. // Nature. 2021. V. 596. P. 583–589. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03819-2
  27. Varadi M., Anyango S., Deshpande M., Nair S., Natassia C., Yordanova G., Yuan D., Stroe O., Wood G., Laydon A. // Nucleic Acids Res. 2022. V. 50. P. D439–D444. https://doi.org/10.1093/nar/gkab1061
  28. Sambrook J., Russell D.W. // CSH Protoe. 2006. V. 1. P. pdb.prot3468. https://doi.org/10.1101/pdb.prot3468
  29. Taylor N.M., Prokhorov N.S., Guerrero-Ferreira R.C., Shneider M.M., Browning C., Goldie K.N., Stahlberg H., Leiman P.G. // Nature. 2016. V. 7603. P. 346–352. https://doi.org/10.1038/nature17971

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».