FLAGELINA: STRUKTUR OG FUNKSJONER - BIOLOGI - 2025

Den flagellin er et protein av filamentet, noe som er en struktur som er en del av flageller av bakterier. De aller fleste bakterier har bare en type flagellin. Noen har imidlertid mer enn to.

Molekylstørrelsen på dette proteinet varierer mellom 30 kDa og 60 kDa. For eksempel i Enterobacteriaceae er dens molekylstørrelse stor, mens den i visse ferskvannsbakterier er liten.

Kilde: Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College

Flagellin er en virulensfaktor som tillater heftcelleadhesjon og invasjon. I tillegg er det en kraftig aktivator av mange typer celler involvert i den medfødte og adaptive immunresponsen.

Ultrastruktur av flagellum og mobilitet

Flagellumet er forankret til celleoverflaten. Den består av tre deler: 1) glødetråden, som strekker seg fra celleoverflaten og er en stiv, hul sylindrisk struktur; 2) basallegemet, som er innebygd i celleveggen og membranlagene, og danner flere ringer; og 3) kroken, en kort buet struktur som forbinder basallegemet til glødetråden.

Basallegemet er den mest komplekse delen av flagellum. I gramnegative bakterier har den fire ringer koblet til en sentral kolonne. I gram positivt har den to ringer. Flagellums rotasjonsbevegelse forekommer i basallegemet.

Plasseringen av flagella på overflaten av bakterier varierer mye mellom organismer, og kan være: 1) monoterisk, med bare en flagella; 2) polar, med to eller flere; eller 3) peritrichous, med mange lateral flagella. Det er også endoflagella, som i spirocheter, som er plassert i det periplasmatiske rommet.

Helicobacter pylori er veldig mobil fordi den har seks til åtte unipolare flagella. En pH-gradient gjennom slimet gjør at H. pylori kan orientere seg og etablere seg i et område ved siden av epitelceller. Pseudomonas har et polært flagellum, som viser cellegift fra sukker og er assosiert med virulens.

Struktur av flagellin

Et påfallende trekk ved flagellin-proteinsekvensen er at dens N-terminale og C-terminale regioner er sterkt bevart, mens den sentrale regionen er svært varierende mellom arter og underarter av samme slekt. Denne hypervariabiliteten er ansvarlig for hundrevis av serotyper av Salmonella spp.

Flagellinmolekyler interagerer med hverandre gjennom terminalregionene og polymeriserer for å danne et glødetråd. I dette er terminalregionene plassert mot innsiden av glødetrådens sylindriske struktur, mens den sentrale er eksponert mot utsiden.

I motsetning til tubulinfilamenter som depolymeriseres i fravær av salter, er bakteriene veldig stabile i vann. Rundt 20.000 underenheter av tubulin danner et glødetråd.

To typer flagellin polymeriseres i H. pylori og Pseudomonas aeruginosa filament: FlaA og FlaB, kodet av fliC-genet. FlaAer er heterogene og er delt inn i flere undergrupper, med molekylmasser som varierer mellom 45 og 52 kDa. FlaB er homogen med en molekylmasse på 53 kDa.

Ofte metyleres lysinrestene av flagelliner. I tillegg er det andre modifikasjoner som glykosylering av FlaA og fosforylering av tyrosinrester av FlaB, hvis funksjoner er henholdsvis virulens og eksportsignal.

Flagellær filamentvekst i bakterier

Bølgen av bakterier kan elimineres eksperimentelt, og regenerering av den kan studeres. Flagellin-underenhetene blir transportert gjennom den indre regionen av denne strukturen. Når de når det ekstreme, tilsettes underenhetene spontant ved hjelp av et protein ("capprotein") kalt HAP2 eller FliD.

Syntesen av glødetråden skjer ved hjelp av egen montering; det vil si at polymerisasjonen av flagellin ikke krever enzymer eller faktorer.

Informasjonen for montering av glødetråden finnes i selve underenheten. Dermed polymeriserer flagellin-underenhetene for å danne elleve protofilamenter, som danner en fullstendig en.

Flagellinsyntesen av P. aeruginosa og Proteus mirabilis hemmes av antibiotika som erytromycin, klaritromycin og azitromycin.

Flagellin som aktivator for immunforsvaret

De første studiene demonstrerte at flagellin, ved subnanomolare konsentrasjoner, fra Salmonella, er en kraftig inducer av cytokiner i en promonocytisk cellelinje.

Deretter ble det vist at induksjon av den pro-inflammatoriske responsen involverer en interaksjon mellom flagellin og overflatreseptorene til celler i det medfødte immunsystemet.

Overflatreseptorene som interagerer med flagellin er toll-5-typen (TLR5). Deretter viste studier med rekombinant flagellin at når det manglet den hypervariable regionen, var den ikke i stand til å indusere en immunrespons.

TLR5 er til stede i celler i immunsystemet, så som lymfocytter, nøytrofiler, monocytter, makrofager, dendritiske celler, epitelceller og lymfeknuter. I tarmen regulerer TLR5 sammensetningen av mikrobiota.

Gram-negative bakterier bruker typisk sekretorsystem type III for å translokere flagellin til cytoplasma til vertscellen, noe som utløser en serie intracellulære hendelser. Dermed blir flagellin i det intracellulære mediet gjenkjent av proteiner fra NAIP-familien (et apoptoseinhibitorprotein / NLR-familie).

Deretter interagerer flagellin-NAIP5 / 6-komplekset med den NOD-lignende reseptoren, som genererer vertenes respons på infeksjon og skade.

Flagellin og planter

Planter gjenkjenner dette proteinet via en flagellinsensing 2 (FLS2) bane. Sistnevnte er en leucin repetisjonsrik reseptorkinase og er homolog med TLR5. FLS ”samhandler med den N-terminale regionen flagellin.

Binding av flagellin til FLS2 produserer fosforylering av MAP-kinaseveien, som kulminerer i syntesen av proteiner som formidler beskyttelse mot infeksjon av sopp og bakterier.

I noen nattskjermplanter kan flagellin også binde seg til FLS3-reseptoren. På denne måten beskytter de seg mot patogener som unngår forsvaret formidlet av FLS2.

Flagellin som et hjelpestoff

En adjuvans er et materiale som øker den cellulære eller humorale responsen på et antigen. Fordi mange vaksiner gir et lite immunrespons, er gode hjelpestoffer nødvendig.

Tallrike studier demonstrerte effektiviteten av flagellin som et hjelpestoff. Disse undersøkelsene besto av å bruke rekombinant flagellin i vaksiner, evaluert ved bruk av dyremodeller. Imidlertid har dette proteinet ennå ikke passert fase I av kliniske studier.

Blant de undersøkte rekombinante flagelliner er: flagellin - epitop 1 av influensavirus hematoglutinin; flagellin-epitop av Schistosoma mansoni; flagellin - varmestabilt toksin fra E. coli; flagellin - Plasmodiumoverflateprotein 1; og flagellin-konvoluttprotein fra Nilen-viruset, blant andre rekombinanter.

Det er noen fordeler ved å bruke flagellin som et hjelpestoff i vaksiner for mennesker. Disse fordelene er som følger:

1) Det er effektivt i veldig lave doser.

2) De stimulerer ikke IgE-responsen.

3) Sekvensen til en annen adjuvans, Ag, kan settes inn i flagellinsekvensen uten å påvirke flagellinsignaleringsveien via TLR5.

Annen bruk av flagellin

Fordi flagellingener har stor variasjon, kan de brukes til spesifikke deteksjoner, eller for art eller stammeidentifikasjon.

For eksempel er kombinasjonen av PCR / RFLP blitt brukt til å studere distribusjonen og polymorfismen av flagellingener i E. coli-isolater fra Nord-Amerika.

referanser

1. Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Bakteriell flagellin - et potent immunmodulerende middel. Eksperimentell og molekylær medisin, 49, e373.
2. Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Effekt av underhemmende konsentrasjoner av makrolider på uttrykk av flagellin i Pseudomonas aeruginosa og Proteus mirabilis. Antimikrobielle midler og cellegift, 44: 2869–2872.
3. Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagellin som et hjelpestoff: cellulære mekanismer og potensial. Journal of Immunology, 185, 5677-5682.
4. Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Mikrobiologi. Mc Graw-Hill, New York.
5. Schaechter, M. 2009. Resepsjonen leksikon for mikrobiologi. Academic Press, San Diego.
6. Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Bakteriell flagellingen som biomarkør for påvisning, populasjonsgenetikk og epidemiologisk analyse. Mikrobiologi, 143, 3071-3084.