FLAGELINA: STRUKTURA I FUNKCJE - BIOLOGIA - 2025

Flagelina jest białkiem żarnika, który ma strukturę, która jest częścią wici bakterii. Zdecydowana większość bakterii ma tylko jeden rodzaj flageliny. Jednak niektórzy mają więcej niż dwa.

Wielkość molekularna tego białka waha się od 30 kDa do 60 kDa. Na przykład u Enterobacteriaceae jego rozmiar cząsteczkowy jest duży, podczas gdy u niektórych bakterii słodkowodnych jest mały.

Źródło: Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College

Flagelina jest czynnikiem zjadliwości, który umożliwia adhezję i inwazję komórek gospodarza. Ponadto jest silnym aktywatorem wielu typów komórek biorących udział we wrodzonej i nabytej odpowiedzi immunologicznej.

Ultrastruktura wici i ruchliwość

Wić jest zakotwiczona na powierzchni komórki. Składa się z trzech części: 1) włókna, które wystaje z powierzchni komórki i jest sztywną, wydrążoną strukturą cylindryczną; 2) korpus podstawy, który jest osadzony w ścianie komórkowej i warstwach błony, tworząc kilka pierścieni; i 3) haczyk, krótką zakrzywioną strukturę, która łączy podstawę z włóknem.

Ciało podstawy jest najbardziej złożoną częścią wici. U bakterii Gram-ujemnych ma cztery pierścienie połączone z centralną kolumną. W gram dodatnich ma dwa pierścienie. Ruch obrotowy wici występuje w części podstawowej.

Umiejscowienie wici na powierzchni bakterii różni się znacznie między organizmami i może być: 1) monoteryczne, z tylko jedną wici; 2) polarne, z dwoma lub więcej; lub 3) peritrichous, z wieloma bocznymi wici. Występują również endoflagella, podobnie jak krętki, które znajdują się w przestrzeni peryplazmatycznej.

Helicobacter pylori jest bardzo mobilny, ponieważ ma sześć do ośmiu jednobiegunowych wici. Gradient pH w śluzie pozwala H. pylori na orientację i osadzenie się w obszarze sąsiadującym z komórkami nabłonka. Pseudomonas ma polarną wić, która wykazuje chemotaksję cukrów i jest związana z wirulencją.

Struktura flageliny

Uderzającą cechą sekwencji białka flageliny jest to, że jej regiony N-końcowe i C-końcowe są silnie konserwowane, podczas gdy region centralny jest wysoce zmienny między gatunkami i podgatunkami tego samego rodzaju. Ta hiperzmienność jest odpowiedzialna za setki serotypów Salmonella spp.

Cząsteczki flageliny oddziałują ze sobą poprzez regiony końcowe i polimeryzują, tworząc włókno. W tym przypadku obszary końcowe są umieszczone w kierunku wnętrza cylindrycznej struktury żarnika, podczas gdy środkowy jest odsłonięty na zewnątrz.

W przeciwieństwie do włókien tubulinowych, które ulegają depolimeryzacji pod nieobecność soli, włókna bakterii są bardzo stabilne w wodzie. Około 20 000 podjednostek tubuliny tworzy włókno.

We włóknach H. pylori i Pseudomonas aeruginosa polimeryzują dwa typy flageliny: FlaA i FlaB, kodowane przez gen fliC. FlaA są niejednorodne i podzielone na kilka podgrup o masach cząsteczkowych w zakresie od 45 do 52 kDa. FlaB jest jednorodny o masie cząsteczkowej 53 kDa.

Często reszty lizyny flagelin są metylowane. Ponadto istnieją inne modyfikacje, takie jak glikozylacja FlaA i fosforylacja reszt tyrozyny FlaB, których funkcjami są odpowiednio wirulencja i sygnał eksportu.

Wzrost włókienek wici u bakterii

Plagę bakterii można wyeliminować eksperymentalnie, a jej regenerację można zbadać. Podjednostki flageliny są transportowane przez wewnętrzny obszar tej struktury. Kiedy osiągają skrajne wartości, podjednostki są dodawane spontanicznie za pomocą białka („białko czapeczki”) zwanego HAP2 lub FliD.

Synteza żarnika odbywa się poprzez własny montaż; to znaczy polimeryzacja flageliny nie wymaga enzymów ani czynników.

Informacje dotyczące montażu żarnika znajdują się w samej jednostce podrzędnej. W ten sposób podjednostki flageliny polimeryzują, tworząc jedenaście protofilamentów, które tworzą kompletny.

Synteza flageliny P. aeruginosa i Proteus mirabilis jest hamowana przez antybiotyki, takie jak erytromycyna, klarytromycyna i azytromycyna.

Flagelina jako aktywator układu odpornościowego

Pierwsze badania wykazały, że flagelina, w stężeniach subnanomolarnych, pochodząca z Salmonelli, jest silnym induktorem cytokin w promonocytarnej linii komórkowej.

Następnie wykazano, że indukcja odpowiedzi prozapalnej obejmuje interakcję między flageliną a receptorami powierzchniowymi komórek wrodzonego układu odpornościowego.

Receptory powierzchniowe, które oddziałują z flageliną to typ toll-5 (TLR5). Następnie badania z rekombinowaną flageliną wykazały, że gdy brakowało jej regionu hiperzmiennego, nie był w stanie wywołać odpowiedzi immunologicznej.

TLR5 są obecne w komórkach układu odpornościowego, takich jak limfocyty, neutrofile, monocyty, makrofagi, komórki dendrytyczne, komórki nabłonkowe i węzły chłonne. W jelicie TLR5 reguluje skład mikrobioty.

Bakterie Gram-ujemne zazwyczaj wykorzystują układ wydzielniczy typu III do translokacji flageliny do cytoplazmy komórki gospodarza, wyzwalając serię zdarzeń wewnątrzkomórkowych. Zatem flagelina w środowisku wewnątrzkomórkowym jest rozpoznawana przez białka z rodziny NAIP (białko inhibitora apoptozy / rodzina NLR).

Następnie kompleks flagelina-NAIP5 / 6 oddziałuje z receptorem podobnym do NOD, który generuje odpowiedź gospodarza na infekcję i uszkodzenie.

Flagelina i rośliny

Rośliny rozpoznają to białko poprzez szlak wyczuwający flagelinę 2 (FLS2). Ta ostatnia jest kinazą receptorową bogatą w powtórzenia leucynowe i jest homologiczna do TLR5. FLS ”oddziałuje z N-końcowym regionem flageliny.

Wiązanie flageliny z FLS2 powoduje fosforylację szlaku kinazy MAP, której kulminacją jest synteza białek, które pośredniczą w ochronie przed zakażeniem przez grzyby i bakterie.

W niektórych roślinach psiankowatych flagelina może również wiązać się z receptorem FLS3. W ten sposób chronią się przed patogenami, które wymykają się obronie, w której pośredniczy FLS2.

Flagelina jako adiuwant

Adiuwant to materiał, który zwiększa komórkową lub humoralną odpowiedź na antygen. Ponieważ wiele szczepionek wywołuje słabą odpowiedź immunologiczną, konieczne są dobre adiuwanty.

Liczne badania wykazały skuteczność flageliny jako adiuwanta. Badania te polegały na zastosowaniu rekombinowanej flageliny w szczepionkach, ocenianej na modelach zwierzęcych. Jednak to białko nie przeszło jeszcze fazy I badań klinicznych.

Wśród badanych rekombinowanych flagelin znajdują się: flagelina - epitop 1 wirusa grypy hematoglutynina; epitop flageliny z Schistosoma mansoni; flagelina - termostabilna toksyna z E. coli; flagelina - białko powierzchniowe Plasmodium 1; i flagelina - białko otoczki wirusa Nilu, wśród innych rekombinantów.

Stosowanie flageliny jako adiuwanta w szczepionkach do stosowania u ludzi ma kilka zalet. Te zalety są następujące:

1) Jest skuteczny w bardzo małych dawkach.

2) Nie stymulują odpowiedzi IgE.

3) Sekwencję innego adiuwanta, Ag, można wstawić do sekwencji flageliny bez wpływania na szlak sygnałowy flageliny przez TLR5.

Inne zastosowania flageliny

Ponieważ geny flageliny wykazują dużą zmienność, można je wykorzystać do specyficznych detekcji lub do identyfikacji gatunku lub szczepu.

Na przykład połączenie PCR / RFLP zastosowano do badania rozmieszczenia i polimorfizmu genów flageliny w izolatach E. coli z Ameryki Północnej.

Bibliografia

1. Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Flagelina bakteryjna - silny środek immunomodulujący. Medycyna eksperymentalna i molekularna, 49, e373.
2. Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Wpływ subinhibitorowych stężeń makrolidów na ekspresję flageliny w Pseudomonas aeruginosa i Proteus mirabilis. Antimicrobial Agents and Chemioterapia, 44: 2869–2872.
3. Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagelina jako adiuwant: mechanizmy i potencjał komórkowy. Journal of Immunology, 185, 5677-5682.
4. Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Microbiology. Mc Graw-Hill, Nowy Jork.
5. Schaechter, M. 2009. Biurkowa encyklopedia mikrobiologii. Academic Press, San Diego.
6. Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Gen flageliny bakteryjnej jako biomarker do wykrywania, genetyki populacji i analizy epidemiologicznej. Microbiology, 143, 3071-3084.