The ABC exporter IrtAB imports and reduces mycobacterial siderophores

铁载体 ATP结合盒运输机 跨膜结构域 细胞质 细胞内 跨膜蛋白 生物化学 生物物理学 运输机 化学 微生物学 生物 细胞生物学 受体 基因
作者
Fabian Arnold,Miriam S. Weber,Imre Gonda,Marc J. Gallenito,Sophia Adenau,Pascal Egloff,Iwan Zimmermann,Cedric A. J. Hutter,Lea M. Hürlimann,Eike E. Peters,Jörn Piel,Gabriele Meloni,Ohad Medalia,Markus A. Seeger
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:580 (7803): 413-417 被引量:71
标识
DOI:10.1038/s41586-020-2136-9
摘要

Intracellular replication of the deadly pathogen Mycobacterium tuberculosis relies on the production of small organic molecules called siderophores that scavenge iron from host proteins1. M. tuberculosis produces two classes of siderophore, lipid-bound mycobactin and water-soluble carboxymycobactin2,3. Functional studies have revealed that iron-loaded carboxymycobactin is imported into the cytoplasm by the ATP binding cassette (ABC) transporter IrtAB4, which features an additional cytoplasmic siderophore interaction domain5. However, the predicted ABC exporter fold of IrtAB is seemingly contradictory to its import function. Here we show that membrane-reconstituted IrtAB is sufficient to import mycobactins, which are then reduced by the siderophore interaction domain to facilitate iron release. Structure determination by X-ray crystallography and cryo-electron microscopy not only confirms that IrtAB has an ABC exporter fold, but also reveals structural peculiarities at the transmembrane region of IrtAB that result in a partially collapsed inward-facing substrate-binding cavity. The siderophore interaction domain is positioned in close proximity to the inner membrane leaflet, enabling the reduction of membrane-inserted mycobactin. Enzymatic ATPase activity and in vivo growth assays show that IrtAB has a preference for mycobactin over carboxymycobactin as its substrate. Our study provides insights into an unusual ABC exporter that evolved as highly specialized siderophore-import machinery in mycobacteria. The mycobacterial ABC transporter IrtAB functions as a siderophore importer despite exhibiting an exporter fold in its structure, and contains a siderophore interaction domain capable of siderophore reduction and iron release inside the cell.
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