FLAGELINA: STRUCTURĂ ȘI FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Flagellin este o proteină a filamentului, care este o structură care face parte din flagella bacteriilor. Marea majoritate a bacteriilor au un singur tip de flagelină. Cu toate acestea, unii au mai mult de doi.

Mărimea moleculară a acestei proteine ​​variază între 30 kDa și 60 kDa. De exemplu, în Enterobacteriaceae dimensiunea sa moleculară este mare, în timp ce în anumite bacterii cu apă dulce este mică.

Sursa: Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College

Flagelul este un factor de virulență care permite adeziunea și invazia celulelor gazdă. În plus, este un activator puternic al multor tipuri de celule implicate în răspunsul imun înnăscut și adaptativ.

Ultrastructura flagelului și mobilitatea

Flagelul este ancorat la suprafața celulei. Este format din trei părți: 1) filamentul, care se extinde de la suprafața celulei și este o structură rigidă, tubulară, cilindrică; 2) corpul bazal, care este încorporat în peretele celular și straturile de membrană, formând mai multe inele; și 3) cârligul, o structură curbă scurtă care unește corpul bazal cu filamentul.

Corpul bazal este cea mai complexă parte a flagelului. În bacteriile gram negative are patru inele conectate la o coloană centrală. În gram pozitiv are două inele. Mișcarea de rotație a flagelului are loc în corpul bazal.

Locația flagelelor pe suprafața bacteriilor variază mult între organisme și poate fi: 1) monoteric, cu un singur flagel; 2) polar, cu două sau mai multe; sau 3) peritric, cu multe flageluri laterale. Există de asemenea endoflagela, ca în spirochete, care sunt situate în spațiul periplasmic.

Helicobacter pylori este foarte mobil, deoarece are șase până la opt flageli unipolari. Un gradient de pH prin mucus permite H. pylori să se orienteze și să se stabilească într-o zonă adiacentă celulelor epiteliale. Pseudomonas are un flagel polar, care prezintă chemotaxis din zaharuri și este asociat cu virulența.

Structura flagelului

O caracteristică izbitoare a secvenței de proteine ​​flageline este aceea că regiunile N-terminale și C-terminale sunt foarte conservate, în timp ce regiunea centrală este extrem de variabilă între speciile și subspecies din același gen. Această hipervariabilitate este responsabilă de sute de serotipuri de Salmonella spp.

Moleculele flagelinei interacționează între ele prin regiunile terminale și se polimerizează pentru a forma un filament. În acest sens, regiunile terminale sunt situate spre interiorul structurii cilindrice a filamentului, în timp ce cea centrală este expusă spre exterior.

Spre deosebire de filamentele de tubulină care se depolimerizează în absența sărurilor, bacteriile sunt foarte stabile în apă. Aproximativ 20.000 de subunități de tubulină formează un filament.

Două tipuri de flagelină sunt polimerizate în filamentul H. pylori și Pseudomonas aeruginosa: FlaA și FlaB, codificate de gena fliC. FlaAs sunt eterogene și sunt împărțite în mai multe subgrupuri, masele moleculare variind între 45 și 52 kDa. FlaB este omogen cu o masă moleculară de 53 kDa.

De multe ori reziduurile de lizină ale flagelinelor sunt metilate. În plus, există alte modificări, cum ar fi glicozilarea FlaA și fosforilarea reziduurilor de tirozină ale FlaB, ale căror funcții sunt, respectiv, virulența și semnalul de export.

Creșterea flagelară a filamentului în bacterii

Fluturarea bacteriilor poate fi eliminată experimental și regenerarea lui poate fi studiată. Subunitățile flageline sunt transportate prin regiunea internă a acestei structuri. Când ajung la extremă, subunitățile sunt adăugate spontan cu ajutorul unei proteine ​​(„proteina capac”) numită HAP2 sau FliD.

Sinteza filamentului are loc prin asamblare proprie; adică polimerizarea flagelinei nu necesită enzime sau factori.

Informațiile pentru asamblarea filamentului se găsesc în subunitatea însăși. Astfel, subunitățile flageline polimerizează pentru a forma unsprezece protofilamente, care formează unul complet.

Sinteza flagelinei de P. aeruginosa și Proteus mirabilis este inhibată de antibiotice precum eritromicina, claritromicina și azitromicina.

Flagelina ca activator al sistemului imunitar

Primele studii au demonstrat că flagelina, la concentrații subnanomolare, din Salmonella, este un inductor puternic de citokine într-o linie celulară promonocitară.

Ulterior, s-a arătat că inducerea răspunsului pro-inflamator implică o interacțiune între flagelină și receptorii de suprafață ale celulelor sistemului imunitar innascut.

Receptorii de suprafață care interacționează cu flagelina sunt de tip toll-5 (TLR5). Ulterior, studiile cu flagelină recombinantă au arătat că, atunci când nu avea regiunea hipervariabilă, nu a putut induce un răspuns imun.

TLR5 sunt prezente în celulele sistemului imunitar, cum ar fi limfocitele, neutrofilele, monocitele, macrofagele, celulele dendritice, celulele epiteliale și ganglionii limfatici. În intestin, TLR5 reglează compoziția microbiotei.

Bacteriile gram-negative folosesc de regulă sistemul secretor de tip III pentru a transloca flagelina în citoplasma celulei gazdă, declanșând o serie de evenimente intracelulare. Astfel, flagelul în mediul intracelular este recunoscut de proteinele familiei NAIP (o proteină inhibitoare a apoptozei / familiei NLR).

Ulterior, complexul flagelină-NAIP5 / 6 interacționează cu receptorul asemănător NOD, care generează răspunsul gazdei la infecții și daune.

Flagelină și plante

Plantele recunosc această proteină printr-o cale de detectare a flagelinei 2 (FLS2). Acesta din urmă este un kinasa receptor bogat în leucine repetate și este omolog cu TLR5. FLS ”interacționează cu regiunea N-terminal a flagelinei.

Legarea flagelinei la FLS2 produce fosforilarea căii MAP kinazei, care culminează cu sinteza proteinelor care mediază protecția împotriva infecției cu ciuperci și bacterii.

În unele plante cu umbre de noapte, flagelul se poate lega și de receptorul FLS3. În acest fel, se protejează împotriva agenților patogeni care sustrag apărarea mediată de FLS2.

Flagelina ca adjuvant

Un adjuvant este un material care mărește răspunsul celular sau umoral la un antigen. Deoarece multe vaccinuri produc un răspuns imun slab, adjuvanții buni sunt necesari.

Numeroase studii au demonstrat eficacitatea flagelinei ca adjuvant. Aceste investigații au constat în utilizarea flagelinei recombinante la vaccinuri, evaluate cu modele animale. Cu toate acestea, această proteină nu a trecut încă de faza I a studiilor clinice.

Printre flageline recombinante studiate se numără: flagelina - epitopul 1 al virusului gripal hematoglutinină; flagellin-epitop al lui Schistosoma mansoni; flagelină - toxină stabilă la căldură din E. coli; flagelină - proteină de suprafață Plasmodium 1; și flagelină - proteină învelișă a virusului Nil, printre alte recombinante.

Există câteva avantaje în utilizarea flagelinei ca adjuvant în vaccinurile de uz uman. Aceste avantaje sunt următoarele:

1) Este eficient în doze foarte mici.

2) Nu stimulează răspunsul la IgE.

3) Secvența unui alt adjuvant, Ag, poate fi introdusă în secvența flagelină fără a afecta calea de semnalizare a flagelinei prin TLR5.

Alte utilizări ale flagelului

Deoarece genele flageline prezintă o variație largă, ele pot fi utilizate pentru detectări specifice, sau pentru identificarea speciilor sau tulpinilor.

De exemplu, combinația de PCR / RFLP a fost utilizată pentru a studia distribuția și polimorfismul genelor flageline din izolate de E. coli din America de Nord.

Referințe

1. Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Flagelină bacteriană - un agent imunomodulator puternic. Medicină experimentală și moleculară, 49, e373.
2. Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Efectul concentrațiilor subinhibitoare de macrolide asupra expresiei flagelinei în Pseudomonas aeruginosa și Proteus mirabilis. Agenți antimicrobieni și chimioterapie, 44: 2869–2872.
3. Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagellin ca adjuvant: mecanisme celulare și potențial. Journal of Immunology, 185, 5677-5682.
4. Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Microbiologie. Mc Graw-Hill, New York.
5. Schaechter, M. 2009. Enciclopedia de birou a microbiologiei. Presă academică, San Diego.
6. Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Gena flagelină bacteriană ca biomarker pentru detectarea, genetica populației și analiza epidemiologică. Microbiologie, 143, 3071-3084.