C-Terminal Domain of Bacillus cereus Hemolysin II is Capable of Forming Homo- and Hetero-Oligomeric Forms of Toxin on the Membrane Surface

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 the opportunistic gram-positive bacterium Bacillus cereus. HlyII lyses target cells by forming pores on membranes. HlyII belongs to the group of β-pore-forming toxins. A distinctive feature of HlyII is the presence of a C-terminal domain of 94 amino acid residues (HlyIICTD). It was shown that under slightly acidic conditions (pH 5.0), corresponding to the near-membrane region, the C-terminal domains, both by themselves and as part of the toxin, form stable complexes consisting of full-length and truncated toxin molecules. HlyII, HlyIILCTD (large C-terminal fragment Met225–Ile412) and HlyIICTD were obtained using recombinant producer strains Escherichia coli BL21(DE3). Biotinylation of HlyIICTD was carried out using N-hydroxysuccinimide ester of biotin. The interaction of HlyIICTD with HlyIICTD, HlyIILCTD, and HlyII, as well as the interaction of HlyIICTD with erythrocyte membranes, were studied by enzyme-linked immunosorbent assay and immunoblotting using both horseradish peroxidase-conjugated streptavidin and monoclonal antibodies against HlyII. Under slightly acidic conditions, HlyIICTD interacted with both the HlyIICTD domain within the full-length toxin and with the HlyIICTD protein. The interaction of HlyIICTD with the erythrocyte membrane increased fold in the presence of the toxin. The property of the C-terminal domain to form complexes with each other was revealed, regardless of whether it is part of the full-length toxin, the large C-terminal fragment, or the short HlyIICTD under conditions corresponding to those existing near the cell membrane (pH 5.0). The toxin in the peri membrane region exists in a partially molten globule state, in which the C-terminal domains of the monomers can bind to each other, increasing the local concentration of full-length toxins.

About the authors

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

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

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. 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

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 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. 112. P. 417–429. https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2011.05204.x
  2. Thery M., Cousin V.L., Tissieres P., Enault M., Morin L. // Front. Pediatr. 2022. V. 10. P. 978250. https://doi.org/10.3389/fped.2022.978250
  3. Ramarao N., Sanchis V. // Toxins. 2013. V. 5. P. 1119–1139. https://doi.org/10.3390/toxins5061119
  4. Miles G., Bayley H., Cheley S. // Protein Sci. 2002. V. 11. P. 1813–1824. https://doi.org/10.1110/ps.0204002
  5. Hu H., Liu M., Sun S. // Drug Des. Dev. Ther. 2021. V. 15. P. 3773–3781. https://doi.org/10.2147/DDDT.S322393
  6. Patino-Navarrete R., Sanchis V. // Res. Microbiol. 2017. V. 168. P. 309–318. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2016.07.002
  7. Cadot C., Tran S.L., Yignaud M.L., de Buyser M.L., Kolsio A.B., Brisabois A., Nguyen-Thé C., Lerechts D., Guinebretière M.H., Ramarao N. // J. Clin. Microbiol. 2010. V. 48. P. 1358–1365. https://doi.org/10.1128/JCM.02123-09
  8. Rudenko N.V., Karatovskaya A.P., Zamyatina A.V., Siunov A.V., Andreeva-Kovalevskaya Z.A., Nagel A.S., Brovko F.A., Solonin A.S. // Russ. J. Bioorg. Chem. 2020. V. 46. P. 321–326. https://doi.org/10.1134/S1068162020030188
  9. Rudenko N., Siunov A., Zamyatina A., Melnik B., Nagel A., Karatovskaya A., Borisova M., Shepelyakovskaya A., Andreeva-Kovalevskaya Zh., Kolesnikov A., Surin A., Brovko F., Solonin A. // Int. J. Biol. Macromol. 2022. V. 200. P. 416–427. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.01.013
  10. 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
  11. 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
  12. Nagel A.S., Rudenko N.V., Luchkina P.N., Karatovskaya A.P., Zamyatina A.V., Andreeva-Kovalevskaya Z.I., Siunov A.V., Brovko F.A., Solonin A.S. // Molecules. 2023. V. 28. P. 3581. https://doi.org/10.3390/molecules28083581
  13. Nagel A.S., Vetrova O.S., Rudenko N.V., Karatovskaya A.P., Zamyatina A.V., Andreeva-Kovalevskaya Z.I., Salyamov V.I., Egorova N.A., Siunov A.V., Ivanova T.D., Boziev K.M., Brovko F.A., Solonin A.S. // Int. J. Mol. Sci. 2024. V. 25. P. 5327. https://doi.org/10.3390/ijms25105327
  14. Bychkova V.E., Dolgikh D.A., Balobanov V.A., Finkelstein A.V. // Molecules. 2022. V. 27. P. 4361. https://doi.org/10.3390/molecules27144361.
  15. Engelman D.M. // Nature. 2005. V. 438. P. 578–580. https://doi.org/10.1038/nature04394
  16. Von Meer G., Voelker D.R., Feigenson G.W. // Mol. Cell Biol. 2008. V. 9. P. 112–124. https://doi.org/10.1038/nrm2330
  17. Eisenberg M., Gresdff T., Riccio T., McLaughlin S. // Biochemistry. 1979. V. 18. P. 5213–5223. https://doi.org/10.1021/bi00594a028
  18. Prats M., Teissie J., Toccane J.F. // Nature. 1986. V. 322. P. 756–758. https://doi.org/10.1038/322756a0
  19. Wintiski A.P., McLaughlin A.C., McDaniel R.V., Eisenberg M., McLaughlin S. // Biochemistry. 1986. V. 25. P. 8206–8214. https://doi.org/10.1021/bi00373a013
  20. Galassi V.V., Wilke N. // Membranes (Basel). 2021. V. 11. P. 478. https://doi.org/10.3390/membranes11070478
  21. Ptitsyn O.B. // Adv. Protein Chem. 1995. V. 47. P. 83–229. https://doi.org/10.1016/s0065-3233(08)60546-x
  22. Bychkova V.E., Ptitsyn O.B. // Chemtracts Biochem. Mol. Biol. 1993. V. 4. P. 133–163.
  23. Kaplan A.R. // Adventures in structural and exploring protein conformational plasticity by NMR. Doctoral Dissertations, Connecticut: University of Connecticut, Storrs, 2019. 129 pp.
  24. Andreeva Z.I., Nesterenko V.F., Yarkov I.S., Budarina Z.I., Sineva E.V., Solonin A.S. // Protein Expr. Purif. 2006. V. 47. P. 186–193. https://doi.org/10.1016/j.pep.2005.10.030
  25. Chang S.F., Chen C.N., Lin J.C., Wang H.E., Mori S., Li J.J., Yen C.K., Hsu C.Y., Fung C.P., Chong P.C., Leng C.H., Ding Y.J., Chang F.Y., Siu L.K. // Cells. 2020. V. 9. P. 1183. https://doi.org/10.3390/cells9051183
  26. Blandine G., Popoff M.R // Biol. Cell. 2006. V. 98. P. 667–678. https://doi.org/10.1042/BC20050082
  27. Peraro M.D., van der Goot F.G. // Nat. Rev. Microbiol. 2015. V. 14. P. 77–92. https://doi.org/10.1038/nrmicro.2015.3
  28. Margheritis E., Kappelloff S., Cosentino K. // Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. P. 4528. https://doi.org/10.3390/ijms24054528
  29. Iacovache I., Bischofberger M., van der Goot F.G. // Curr. Opin. Struct. Biol. 2010. V. 20. P. 241–246. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2010.01.013
  30. Li Y., Li Y., Mengist H.M., Shi C., Zhang C., Wang B., Li T., Huang Y., Xu Y., Jin T. // Toxins (Basel). 2021. V. 13. P. 128. https://doi.org/10.3390/toxins13020128
  31. Laemmli U.K. // Nature. 1970. V. 5259. P. 680–685. https://doi.org/10.1038/227680a0

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».