FLAGELINA: ZGRADBA IN FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Flagelin je protein filamenta, ki je struktura, ki je del bičkov bakterij. Velika večina bakterij ima samo eno vrsto flagellina. Vendar jih imajo nekateri več kot dva.

Molekularna velikost tega proteina se giblje med 30 kDa in 60 kDa. Na primer, pri Enterobacteriaceae je njegova molekularna velikost velika, pri nekaterih sladkovodnih bakterijah pa majhna.

Vir: Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College

Flagellin je virulenčni faktor, ki omogoča adhezijo in invazijo celic gostiteljskih celic. Poleg tega je močan aktivator številnih vrst celic, ki sodelujejo pri prirojenem in adaptivnem imunskem odzivu.

Ultrastruktura flagela in gibljivost

Flagellum je zasidran na površini celice. Sestavljen je iz treh delov: 1) nitke, ki sega od površine celice in je toga, votla valjasta zgradba; 2) bazalno telo, ki je vgrajeno v celično steno in membrane, tvori več obročev; in 3) kavelj, kratka ukrivljena struktura, ki se bazalnemu telesu pridruži nitki.

Bazalno telo je najkompleksnejši del flagelluma. V gram negativnih bakterijah ima štiri obroče, povezane v osrednji steber. V gram pozitivno ima dva obroča. V bazalnem telesu se pojavi rotacijsko gibanje flagela.

Lokacija bičkov na površini bakterij se med organizmi zelo razlikuje in je lahko: 1) monoterična z le enim flagelom; 2) polarno, z dvema ali več; ali 3) peritrična, z mnogimi stranskimi flageli. Obstajajo tudi endoflagele, kot pri spirohetih, ki se nahajajo v periplazmatskem prostoru.

Helicobacter pylori je zelo mobilen, saj ima šest do osem unipolarnih flagella. Gradient pH skozi sluz omogoča, da se H. pylori orientira in ustali na območju, ki meji na epitelijske celice. Pseudomonas ima polarni flagellum, ki kaže kemotaksijo sladkorjev in je povezan z virulenco.

Struktura flagellina

Presenetljiva značilnost beljakovine flagellin je, da sta N-terminalna in C-terminalna območja zelo ohranjena, medtem ko je osrednje območje med vrstami in podvrstmi istega rodu zelo različno. Ta hipervarijabilnost je odgovorna za stotine serotipov Salmonella spp.

Molekule flagellina medsebojno delujejo skozi končna področja in polimerizirajo, da tvorijo nitko. Pri tem so končni deli nameščeni proti notranjosti valjaste strukture nitke, osrednji pa so izpostavljeni navzven.

Za razliko od tubulinskih filamentov, ki depolimerizirajo v odsotnosti soli, so bakterijske bakterije v vodi zelo stabilne. Približno 20.000 podenot tubulina tvori nitko.

V nitkah H. pylori in Pseudomonas aeruginosa sta polimerizirana dva tipa flagellina: FlaA in FlaB, kodirana z genom fliC. FlaA so različni in so razdeljeni na več podskupin, pri čemer se molekularne mase gibljejo med 45 in 52 kDa. FlaB je homogena z molekulsko maso 53 kDa.

Pogosto se metilirajo ostanki lizina flagelinov. Poleg tega obstajajo tudi druge modifikacije, kot so glikozilacija FlaA in fosforilacija tirozinskih ostankov FlaB, katerih funkcije so virulenca in izvozni signal.

Rast flagelarnih nitk v bakterijah

Nadlogo bakterij je mogoče odpraviti poskusno in preučiti njeno regeneracijo. Podenote flagellina se prevažajo skozi notranje območje te strukture. Ko dosežejo skrajnost, se podenote dodajo spontano s pomočjo beljakovine ("cap protein"), imenovane HAP2 ali FliD.

Sinteza nitke poteka s pomočjo lastnega sestavljanja; to pomeni, da polimerizacija flagellina ne potrebuje encimov ali dejavnikov.

Podatki za sestavljanje žarilne nitke so v sami podenoti. Tako flagellin podenota polimerizira in tvori enajst protofilamentov, ki tvorijo celoten.

Sintezo flagelin P. aeruginosa in Proteus mirabilis zavirajo antibiotiki, kot so eritromicin, klaritromicin in azitromicin.

Flagellin kot aktivator imunskega sistema

Prve študije so pokazale, da je flagellin v subnanomolarnih koncentracijah iz salmonele močan induktor citokinov v promonocitni celični liniji.

Kasneje se je pokazalo, da indukcija protivnetnega odziva vključuje interakcijo med flagelinom in površinskimi receptorji celic prirojenega imunskega sistema.

Površinski receptorji, ki delujejo na flagellin, so cestninski-5 (TLR5). Naknadno so študije z rekombinantnim flagelinom pokazale, da, ko mu primanjkuje hipervarijabilnega območja, ni mogel inducirati imunskega odziva.

TLR5 so prisotni v celicah imunskega sistema, kot so limfociti, nevtrofili, monociti, makrofagi, dendritične celice, epitelijske celice in bezgavke. V črevesju TLR5 uravnava sestavo mikrobiote.

Gram-negativne bakterije običajno uporabljajo sekretorni sistem tipa III za premestitev flagellina v citoplazmo gostiteljske celice, kar sproži niz znotrajceličnih dogodkov. Tako flagellin v medceličnem mediju prepoznamo po beljakovinah iz družine NAIP (protein zaviralcev apoptoze / družina NLR).

Nato kompleks flagellin-NAIP5 / 6 posega v NOD podoben receptor, ki ustvari gostiteljev odziv na okužbo in škodo.

Flagellin in rastline

Rastline prepoznajo ta protein po poti flagellin zaznavanje 2 (FLS2). Slednja je receptorjska kinaza, ki je bogata z levcinom, in je homologna s TLR5. FLS «deluje v območju N-terminala flagellina.

Vezava flagellina na FLS2 povzroči fosforilacijo poti MAP kinaze, ki je vrhunec v sintezi beljakovin, ki posredujejo pri zaščiti pred okužbami z glivami in bakterijami.

V nekaterih rastlinah nočne noči se flagellin lahko veže tudi na receptor FLS3. Na ta način se zaščitijo pred patogeni, ki uidejo obrambi, ki jo posreduje FLS2.

Flagellin kot pomožno sredstvo

Pomožno sredstvo je material, ki poveča celični ali humoralni odziv na antigen. Ker veliko cepiv povzroča slab imunski odziv, so potrebni dobri adjuvansi.

Številne študije so pokazale učinkovitost flagellina kot dodatka. Te preiskave so sestavljale uporabo rekombinantnega flagellina v cepivih, ovrednotenega na živalskih modelih. Vendar ta protein še ni opravil faze I kliničnih preskušanj.

Med preučevanimi rekombinantnimi flagelini so: flagellin - epitop 1 hematoglutinina virusa gripe; flagellin-epitop Schistosoma mansoni; flagellin - toplotno stabilen toksin iz E. coli; flagellin - površinski protein 1 plazmodij; in flagellin - ovojnice virusa Nila, med drugimi rekombinanti.

Nekaj ​​prednosti je uporaba flagellina kot dodatka pri cepivih za humano uporabo. Te prednosti so naslednje:

1) Učinkovit je pri zelo majhnih odmerkih.

2) Ne stimulirajo odziva na IgE.

3) Zaporedje drugega adjuvansa, Ag, lahko vstavimo v flagellino zaporedje, ne da bi to vplivalo na signalno pot flagellina prek TLR5.

Druge uporabe flagellina

Ker so geni flagellina zelo različni, jih je mogoče uporabiti za specifično odkrivanje ali za identifikacijo vrst ali sevov.

Kombinacija PCR / RFLP je bila na primer uporabljena za preučevanje porazdelitve in polimorfizma flagellinskih genov v izolatih E. coli iz Severne Amerike.

Reference

1. Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Bakterijski flagellin - močno imunomodulacijsko sredstvo. Eksperimentalna in molekularna medicina, 49, e373.
2. Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Vpliv subinhibicijskih koncentracij makrolidov na izražanje flagellina pri Pseudomonas aeruginosa in Proteus mirabilis. Antimikrobna sredstva in kemoterapija, 44: 2869–2872.
3. Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagellin kot pomožno sredstvo: celični mehanizmi in potencial. Journal of Immunology, 185, 5677-5682.
4. Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Mikrobiologija. Mc Graw-Hill, New York.
5. Schaechter, M. 2009. Namizna enciklopedija mikrobiologije. Academic Press, San Diego.
6. Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Bakterijski gen flagellin kot biomarker za odkrivanje, populacijsko genetiko in epidemiološke analize. Mikrobiologija, 143, 3071-3084.