
Urinary tract infections (UTIs) are the most common and recurrent bacterial infections worldwide and are a major cause of morbidity. More than 150 million people worldwide are affected by UTIs. Gram-negative bacteria called Uropathogenic Escherichia coli (UPEC) is the primary pathogen that cause UTI. Adhesion of bacterial cell to human cell is primary requisite for bacterial pathogenesis, which is mediated by number of fibrilar and non-fibrilar adhesin molecule produced by bacteria. Fibrilar adhesin are named as fimbriae or pili and plays important role in inter-bacterial adhesion which leads to bacterial aggregation subsequently further colonisation and biofilm formation. Biofilm formation helps bacteria to evade host immune response, better survival in stress conditions and provides resistance to anti-microbial molecules and antibiotics. This is considered main reason for recurrent infection and is attributed to fimbriae assisted adhesion. Therefore, it is necessary to block adhesion by identifying new targets and developing new drugs against those targets.
There are helper protein molecules called chaperone proteins, which are necessary for synthesis of these fimbriae or pili. However, the exact mechanism fimbriae or pili biogenesis is still not fully understood. In this study we have determined 1.63 Å crystal structure of one such helper protein called YadV chaperone protein, which helps in synthesis Yad pili. The monomeric structure looks like a boomerang shape with N-terminal arm having immunoglobulin (Ig) like fold and C-terminal arm has β-barrel fold. Interestingly for the first time proline lock in the closed conformation has been observed in the structure of Yadv determined by us. Although the closed lock state, which is a resting state of the molecule has been proposed for all types of UPEC pili chaperone still it was not observed previously. Using molecular dynamics simulations we explained the opening and closing of the flexible proline lock. The proline-proline lock plays an important role in the chaperone-mediated subunit assembly, which is found in an open conformation in chaperone-subunit complex while we observed the closed conformation in subunit free structure. The observation of the closed conformation, a cryptic state, likely to be important target for design and discovery of pilicide that could bind to proline lock and maintain the lock in a closed conformation. This will lead to abolishment of pilus biogenesis that will block adhesion of UPEC to human cell. We have already shortlisted few inhibitors targeting this site on YadV.
The work was supported by a grant from the Basic Research in Modern Biology task force of Department of Biotechnology, Government of India.
Trivia: The name of protein changed from EcpD to YadV during the course of studies. Further, the structure prediction tools have predicted it to be a eight-stranded β-barrel protein and most even predicting to be an Outer Membrane Protein (OMP) (see below figure for one of the wrong prediction).
Therefore, we cloned it without signal sequence and expressed tag-free expecting to over-express as inclusion bodies. But the protein over-expressed as soluble, in large amount and as monomer in solution. All these and final structure proved the structure prediction completely wrong.
मूतà¥à¤° पथ के संकà¥à¤°à¤®à¤£ के खिलाफ दवा की खोज के लिठà¤à¤• गà¥à¤ªà¥à¤¤ लकà¥à¤·à¥à¤¯ की संरचनातà¥à¤®à¤• पहचान
मूतà¥à¤° पथ के संकà¥à¤°à¤®à¤£ (यू.टी.आई.) दà¥à¤¨à¤¿à¤¯à¤¾ à¤à¤° में सबसे आम और आवरà¥à¤¤à¤• जीवाणॠसंकà¥à¤°à¤®à¤£ हैं और रà¥à¤—à¥à¤£à¤¤à¤¾ का à¤à¤• पà¥à¤°à¤®à¥à¤– कारण है। दà¥à¤¨à¤¿à¤¯à¤¾ à¤à¤° में १५ करोड़ से अधिक लोग यू.टी.आई. से पà¥à¤°à¤à¤¾à¤µà¤¿à¤¤ होते हैं। यूरोपैथोजेनिक à¤à¤¸à¥à¤šà¥‡à¤°à¤¿à¤šà¤¿à¤¯à¤¾ कोलाई (यू.पी.ई.सी.) नामक गà¥à¤°à¤¾à¤®-नकारातà¥à¤®à¤• जीवाणॠपà¥à¤°à¤¾à¤¥à¤®à¤¿à¤• रोगज़नक़ है जो यू.टी.आई. का कारण बनता है। जीवाणॠकोशिका का मानव कोशिका में आसंजन जीवाणॠदà¥à¤µà¤¾à¤°à¤¾ रोगजनन के लिठपà¥à¤°à¤¾à¤¥à¤®à¤¿à¤• रूप से आवशà¥à¤¯à¤• है, जो जीवाणॠअपने दà¥à¤µà¤¾à¤°à¤¾ उतà¥à¤ªà¤¾à¤¦à¤¿à¤¤ बहà¥à¤¤ से तंतà¥à¤®à¤¯ और गैर-तंतà¥à¤®à¤¯ चिपकने वाले अणà¥à¤“ं की सहायता से करता है। तंतà¥à¤®à¤¯ आसंजन को फ़िमà¥à¤¬à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾ या पिली के रूप में जाना जाता है और यह अंतर-जीवाणॠआसंजन में महतà¥à¤µà¤ªà¥‚रà¥à¤£ à¤à¥‚मिका निà¤à¤¾à¤¤à¤¾ है । ततà¥à¤ªà¤¶à¥à¤šà¤¾à¤¤ यह जीवाणॠका à¤à¤•à¤¤à¥à¤°à¥€à¤•à¤°à¤£ करता है जिससे बायोफ़िलà¥à¤® का गठन होता है और औपनिवेशीकरण अगà¥à¤°à¤¸à¤¿à¤¤ होता है । बायोफ़िलà¥à¤® गठन जीवाणॠको मानव पà¥à¤°à¤¤à¤¿à¤°à¤•à¥à¤·à¤¾ पà¥à¤°à¤¤à¤¿à¤•à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾ से बचने में मदद करता है, तनाव की सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿ में अपना असà¥à¤¤à¤¿à¤¤à¥à¤µ बनाये रखने में सहायक होता है और जीवाणà¥-विरोधी अणà¥à¤“ं और पà¥à¤°à¤¤à¤¿à¤œà¥ˆà¤µà¤¿à¤• दवाओं से पà¥à¤°à¤¤à¤¿à¤°à¥‹à¤§ पà¥à¤°à¤¦à¤¾à¤¨ करता है। यह आवरà¥à¤¤à¤• संकà¥à¤°à¤®à¤£ का मà¥à¤–à¥à¤¯ कारण माना जाता है और यह फ़िमà¥à¤¬à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾ सहायित आसंजन के लिठजिमà¥à¤®à¥‡à¤¦à¤¾à¤° है। इससे निपटने के लिठनठलकà¥à¤·à¥à¤¯à¥‹à¤‚ की पहचान कर उन लकà¥à¤·à¥à¤¯à¥‹à¤‚ के विरà¥à¤¦à¥à¤§ नई दवाओं को विकसित करके आसंजन को अवरà¥à¤¦à¥à¤§ करना आवशà¥à¤¯à¤• है।
यदà¥à¤¯à¤ªà¤¿, फ़िमà¥à¤¬à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾ या पिली जीवजनन पà¥à¤°à¤•à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾ को अà¤à¥€ तक सटीक तरीके से समà¤à¤¾ नहीं गया है परनà¥à¤¤à¥ à¤à¤• विशेष पà¥à¤°à¤•à¤¾à¤° के सहायक पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ अणॠजिनà¥à¤¹à¥‡à¤‚ चपेरोन पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ कहा जाता है वे इन फ़िमà¥à¤¬à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾ या पिली के संशà¥à¤²à¥‡à¤·à¤£ के लिठअतà¥à¤¯à¤¾à¤µà¤¶à¥à¤¯à¤• होते हैं। इस अधà¥à¤¯à¤¯à¤¨ में हमने à¤à¤• à¤à¤¸à¥‡ चपेरोन पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ जिसे याड-५ चपेरोन पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ कहा जाता है, जो याड पिली को संशà¥à¤²à¥‡à¤·à¤£ करने में मदद करता है, की परमाणà¥-सà¥à¤¤à¤° की सà¥à¤«à¤Ÿà¤¿à¤• संरचना का निरà¥à¤§à¤¾à¤°à¤£ किया है।à¤à¤•à¤² संरचना बूमरैंग शेप की तरह दिखती है, जिसका à¤à¤¨-टरà¥à¤®à¤¿à¤¨à¤² इमà¥à¤¯à¥à¤¨à¥‹à¤—à¥à¤²à¥‹à¤¬à¥à¤²à¤¿à¤¨ (आई.जी.) जैसी संरचना है तथा सी-टरà¥à¤®à¤¿à¤¨à¤² β-बैरल बनाता है। दिलचसà¥à¤ª बात यह है कि हमारे दà¥à¤µà¤¾à¤°à¤¾ निरà¥à¤§à¤¾à¤°à¤¿à¤¤ याड-५ की संरचना में पहली बार पà¥à¤°à¥‹à¤²à¤¿à¤¨ ताले को बंद सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿ में देखा गया। यदà¥à¤¯à¤ªà¤¿ पà¥à¤°à¥‹à¤²à¤¿à¤¨ ताले की बंद सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿, जो पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ की à¤à¤• विशà¥à¤°à¤¾à¤® अवसà¥à¤¥à¤¾ है, को यू.पी.ई.सी. के सà¤à¥€ पà¥à¤°à¤•à¤¾à¤° के पिली चैपरोन के लिठपà¥à¤°à¤¸à¥à¤¤à¤¾à¤µà¤¿à¤¤ किया गया है, फिर à¤à¥€ हमारे शोध से पहले कà¤à¥€ नहीं देखा गया था। इस अधà¥à¤¯à¤¯à¤¨ में आणविक गतिशीलता अनà¥à¤•à¤°à¤£ का उपयोग करते हà¥à¤ हमने लचीले पà¥à¤°à¥‹à¤²à¤¿à¤¨ ताले के खà¥à¤²à¤¨à¥‡ और बंद होने की पà¥à¤°à¤•à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾ को सà¥à¤ªà¤·à¥à¤Ÿ रूप समà¤à¤¾à¤¯à¤¾ है। चपेरोन पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ की सहायता से विà¤à¤¿à¤¨à¥à¤¨ पृथक इकाईयों की कà¥à¤°à¤®à¤¬à¤¦à¥à¤§ संजोने की पà¥à¤°à¤•à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾ में पà¥à¤°à¥‹à¤²à¤¿à¤¨-पà¥à¤°à¥‹à¤²à¤¿à¤¨ ताला à¤à¤• महतà¥à¤µà¤ªà¥‚रà¥à¤£ à¤à¥‚मिका निà¤à¤¾à¤¤à¤¾ है, जहाठये चपेरोन पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ और पृथक इकाई की मिशà¥à¤°à¤¿à¤¤ जà¥à¥œà¥‡ हà¥à¤ अवसà¥à¤¥à¤¾ में à¤à¤• खà¥à¤²à¥€ सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿ में पाया जाता है, जबकि हमने पृथक इकाई से मà¥à¤•à¥à¤¤ संरचना में इसे बंद सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿ में पाया है। बंद संरचना का अवलोकन, जो इस पà¥à¤°à¤•à¤¾à¤° के पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ की à¤à¤• गà¥à¤ªà¥à¤¤ सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿ है, हमें नठपà¥à¤°à¤•à¤¾à¤° दवाओं के खोज और संशà¥à¤²à¥‡à¤·à¤£ के लिठà¤à¤• महतà¥à¤µà¤ªà¥‚रà¥à¤£ लकà¥à¤·à¥à¤¯ बनने की संà¤à¤¾à¤µà¤¨à¤¾ पà¥à¤°à¤¦à¤¾à¤¨ करता है। à¤à¤¸à¥€ नयी दवाईयाठइस ताले को बंद करने और बंद सà¥à¤¥à¤¿à¤¤à¤¿ में रखने के लिठबाधà¥à¤¯ कर सकती हैं। इससे पिली जीवजनन पà¥à¤°à¤•à¥à¤°à¤¿à¤¯à¤¾ का उनà¥à¤®à¥‚लन होगा जो मानव कोशिका में यू.पी.ई.सी के आसंजन को अवरà¥à¤¦à¥à¤§ करेगा। हमने याड-५ पर सà¥à¤¥à¤¿à¤¤ इस जगह को लकà¥à¤·à¤¿à¤¤ करने वाले कà¥à¤› अवरोधकों को चयनित कर लिया है।
यह शोध आधà¥à¤¨à¤¿à¤• जीव विजà¥à¤žà¤¾à¤¨ में मूलà¤à¥‚त अनà¥à¤¸à¤‚धान कारà¥à¤¯ बल, जैव पà¥à¤°à¥Œà¤¦à¥à¤¯à¥‹à¤—िकी विà¤à¤¾à¤—, à¤à¤¾à¤°à¤¤ सरकार के à¤à¤• अनà¥à¤¦à¤¾à¤¨ से समरà¥à¤¥à¤¿à¤¤ है।
रोचक जानकारी: अधà¥à¤¯à¤¯à¤¨ के दौरान पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ का नाम ई.सी.पी.डी. से याड-५ में बदल गया। इसके अलावा, संरचना की à¤à¤µà¤¿à¤·à¥à¤¯à¤µà¤¾à¤£à¥€ के तरीकों ने इसे आठ-फंसे वाले β-बैरल पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ होने का अनà¥à¤®à¤¾à¤¨ लगाया था और बहà¥à¤¤à¥‹à¤‚ ने तो इसे बाहà¥à¤¯ à¤à¤¿à¤²à¥à¤²à¥€ पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ होने की à¤à¤µà¤¿à¤·à¥à¤¯à¤µà¤¾à¤£à¥€ की थी (गलत à¤à¤µà¤¿à¤·à¥à¤¯à¤µà¤¾à¤£à¥€ वाला चितà¥à¤° नीचे देखें)।
इसलिà¤, हमने इसे संकेतित दिशानिरà¥à¤§à¤¾à¤°à¤£ अनà¥à¤•à¥à¤°à¤® के बिना और टैग-मà¥à¤•à¥à¤¤ कà¥à¤²à¥‹à¤¨ किया जिससे पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ का अधिक उतà¥à¤ªà¤¾à¤¦à¤¨ थकà¥à¤•à¥‡ के रूप उमà¥à¤®à¥€à¤¦ थी। परनà¥à¤¤à¥ पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ का उतà¥à¤ªà¤¾à¤¦à¤¨ घà¥à¤²à¤¨à¤¶à¥€à¤² अवसà¥à¤¥à¤¾ में हà¥à¤† और वह घोल में à¤à¤•à¤²à¤°à¥à¤ªà¥€ था। इन सà¤à¥€ परिणामों और इस पà¥à¤°à¥‹à¤Ÿà¥€à¤¨ संरचना ने à¤à¤µà¤¿à¤·à¥à¤¯à¤µà¤¾à¤£à¥€ को पूरी तरह से गलत साबित कर दिया।
References
- Pandey NK, Verma G, Kushwaha GS, Suar M and Bhavesh NS (2020) Crystal structure of the usher chaperone YadV reveals a monomer with the proline lock in closed conformation suggestive of an intermediate state. FEBS Lett.. 594, 3057-3066.
- Structure co-ordinates: Protein Data Bank (PDB) accession numbers 5GHU.