FLAGELINA: STRUKTUR OG FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

Den flagellin er et protein af filamentet, som er en struktur, som er en del af flageller af bakterier. Langt de fleste bakterier har kun en type flagellin. Nogle har dog mere end to.

Molekylstørrelsen af ​​dette protein varierer mellem 30 kDa og 60 kDa. For eksempel er dens molekylstørrelse i Enterobacteriaceae stor, mens den i visse ferskvandsbakterier er lille.

Kilde: Dartmouth Electron Microscope Facility, Dartmouth College

Flagellin er en virulensfaktor, der tillader værtscelleadhæsion og invasion. Derudover er det en kraftfuld aktivator af mange typer celler involveret i den medfødte og adaptive immunrespons.

Ultrastruktur af flagellum og mobilitet

Flagellumet er forankret på celleoverfladen. Det består af tre dele: 1) filamentet, der strækker sig fra celleoverfladen og er en stiv, hul cylindrisk struktur; 2) basallegemet, der er indlejret i cellevæggen og membranlagene, danner adskillige ringe; og 3) krogen, en kort buet struktur, der forbinder basallegemet med glødetråden.

Basallegemet er den mest komplekse del af flagellum. I gramnegative bakterier har den fire ringe forbundet til en central søjle. I gram positive har den to ringe. Flagellums rotationsbevægelse forekommer i basallegemet.

Flagellens placering på bakteriens overflade varierer meget mellem organismer og kan være: 1) monoterisk, med kun en flagella; 2) polær med to eller flere; eller 3) peritrichous med mange laterale flagella. Der er også endoflagella, som i spirocheter, der er placeret i det periplasmatiske rum.

Helicobacter pylori er meget mobil, fordi den har seks til otte unipolære flagella. En pH-gradient gennem slimet gør det muligt for H. pylori at orientere sig og etablere sig i et område, der støder op til epitelceller. Pseudomonas har et polært flagellum, der udviser kemotaksis fra sukkerarter og er forbundet med virulens.

Struktur af flagellin

Et markant træk ved flagellinproteinsekvensen er, at dens N-terminale og C-terminale regioner er stærkt konserverede, mens den centrale region er meget varierende mellem arter og underarter af samme slægt. Denne hypervariabilitet er ansvarlig for hundreder af serotyper af Salmonella spp.

Flagellinmolekyler interagerer med hinanden gennem terminalregionerne og polymeriserer til dannelse af et filament. I dette er terminalregionerne placeret mod indersiden af ​​glødetrådens cylindriske struktur, medens det centrale udsættes mod ydersiden.

I modsætning til tubulinfilamenter, der depolymeriseres i fravær af salte, er bakterierne meget stabile i vand. Cirka 20.000 underenheder af tubulin danner et glødetråd.

To typer flagellin polymeriseres i H. pylori og Pseudomonas aeruginosa filament: FlaA og FlaB, kodet af fliC-genet. FlaA'er er heterogene og er opdelt i flere undergrupper med molekylmasser, der varierer mellem 45 og 52 kDa. FlaB er homogen med en molekylmasse på 53 kDa.

Ofte methyleres lysinresterne af flagelliner ofte. Der er endvidere andre modifikationer, såsom glycosylering af FlaA og phosphorylering af tyrosinrester af FlaB, hvis funktioner er henholdsvis virulens og eksportsignal.

Flagellær filamentvækst i bakterier

Bakteriens svøbe kan elimineres eksperimentelt, og dets regenerering kan studeres. Flagellin-underenhederne transporteres gennem det indre område af denne struktur. Når de når det ekstreme, tilføjes underenhederne spontant ved hjælp af et protein ("capprotein") kaldet HAP2 eller FliD.

Syntesen af ​​glødetråden foregår ved hjælp af egen samling; det vil sige, at polymerisationen af ​​flagellin ikke kræver enzymer eller faktorer.

Oplysningerne til samling af glødetråden findes i selve underenheden. Flagellin-underenhederne polymeriseres således til dannelse af elleve protofilamenter, som danner en komplet.

Flagellinsyntesen af ​​P. aeruginosa og Proteus mirabilis inhiberes af antibiotika såsom erythromycin, clarithromycin og azithromycin.

Flagellin som en aktivator af immunsystemet

De første undersøgelser viste, at flagellin ved subnanomolære koncentrationer fra Salmonella er en potent inducer af cytokiner i en promonocytisk cellelinie.

Efterfølgende blev det vist, at induktionen af ​​den pro-inflammatoriske respons involverer en vekselvirkning mellem flagellin og overfladeceptorer af celler i det medfødte immunsystem.

Overfladeceptorerne, der interagerer med flagellin, er toll-5-typen (TLR5). Efterfølgende viste studier med rekombinant flagellin, at når det manglede den hypervariable region, var den ikke i stand til at inducere en immunrespons.

TLR5'er er til stede i celler i immunsystemet, såsom lymfocytter, neutrofiler, monocytter, makrofager, dendritiske celler, epitelceller og lymfeknuder. I tarmen regulerer TLR5 sammensætningen af ​​mikrobiota.

Gram-negative bakterier bruger typisk sekretionssystemet type III til at translocere flagellin til værtscelleens cytoplasma, hvilket udløser en række intracellulære begivenheder. Flagellin i det intracellulære miljø genkendes således af proteiner fra NAIP-familien (en apoptoseinhibitorprotein / NLR-familie).

Derefter interagerer flagellin-NAIP5 / 6-komplekset med den NOD-lignende receptor, som genererer værtens respons på infektion og skade.

Flagellin og planter

Planter genkender dette protein via en flagellin-sensing 2 (FLS2) -vej. Sidstnævnte er en leucin-gentagelsesrig receptorkinase og er homolog med TLR5. FLS ”interagerer med den N-terminale region flagellin.

Binding af flagellin til FLS2 producerer phosphorylering af MAP-kinase-vejen, som kulminerer med syntesen af ​​proteiner, som medierer beskyttelse mod infektion med svampe og bakterier.

I nogle nattskyggeplanter kan flagellin også binde til FLS3-receptoren. På denne måde beskytter de sig mod patogener, der undgår det forsvar, der er formidlet af FLS2.

Flagellin som et hjælpestof

En adjuvans er et materiale, der øger den cellulære eller humorale reaktion på et antigen. Fordi mange vacciner producerer et dårligt immunrespons, er gode hjælpestoffer nødvendigt.

Talrige undersøgelser demonstrerede effektiviteten af ​​flagellin som en adjuvans. Disse undersøgelser bestod af anvendelse af rekombinant flagellin i vacciner vurderet under anvendelse af dyremodeller. Imidlertid har dette protein endnu ikke bestået fase I i kliniske forsøg.

Blandt de studerede rekombinante flagelliner er: flagellin - epitop 1 af influenzavirus-hematoglutinin; flagellin-epitop af Schistosoma mansoni; flagellin - varmestabil toksin fra E. coli; flagellin - Plasmodiumoverfladeprotein 1; og flagellinhylsterprotein fra Nilen-virussen, blandt andre rekombinanter.

Der er nogle fordele ved at bruge flagellin som en hjælpestof i vacciner til human brug. Disse fordele er som følger:

1) Det er effektivt i meget lave doser.

2) De stimulerer ikke IgE-responsen.

3) Sekvensen af ​​en anden adjuvans, Ag, kan indsættes i flagellinsekvensen uden at påvirke flagellinsignaleringsvejen via TLR5.

Andre anvendelser af flagellin

Da flagellingener udviser stor variation, kan de bruges til specifik detektion eller til arter eller stammeidentifikation.

For eksempel er kombinationen af ​​PCR / RFLP blevet anvendt til at undersøge distributionen og polymorfismen af ​​flagellingener i E. coli-isolater fra Nordamerika.

Referencer

1. Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Bakteriel flagellin - et potent immunmodulerende middel. Eksperimentel og molekylær medicin, 49, e373.
2. Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Effekt af subhemmende koncentrationer af makrolider på ekspression af flagellin i Pseudomonas aeruginosa og Proteus mirabilis. Antimikrobielle midler og kemoterapi, 44: 2869–2872.
3. Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagellin som et adjuvans: cellulære mekanismer og potentiale. Journal of Immunology, 185, 5677-5682.
4. Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Mikrobiologi. Mc Graw-Hill, New York.
5. Schaechter, M. 2009. Desk encyklopædi for mikrobiologi. Academic Press, San Diego.
6. Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Bakterieflagellingenet som biomarkør til påvisning, populationsgenetik og epidemiologisk analyse. Mikrobiologi, 143, 3071-3084.