FLAGELINA: YAPI VE IŞLEVLER - BIYOLOJI - 2024

Flagellin bakterilerin flagella bir parçası olan bir yapıdır filaman bir proteindir. Bakterilerin büyük çoğunluğunda yalnızca bir tür flagellin bulunur. Ancak bazılarının ikiden fazla var.

Bu proteinin moleküler boyutu 30 kDa ile 60 kDa arasında değişir. Örneğin, Enterobacteriaceae'de moleküler boyutu büyükken bazı tatlı su bakterilerinde küçüktür.

Kaynak: Dartmouth Elektron Mikroskobu Tesisi, Dartmouth College

Flagellin, konakçı hücre yapışmasına ve istilasına izin veren bir virülans faktörüdür. Ek olarak, doğuştan gelen ve uyarlanabilir bağışıklık tepkisine dahil olan birçok hücre türünün güçlü bir aktivatörüdür.

Kamçının ince yapısı ve hareketlilik

Flagellum, hücre yüzeyine tutturulmuştur. Üç bölümden oluşur: 1) hücre yüzeyinden uzanan ve sert, içi boş silindirik bir yapı olan filament; 2) hücre duvarı ve zar katmanlarına gömülü olan ve birkaç halka oluşturan bazal gövde; ve 3) temel gövdeyi filamente birleştiren kısa kavisli bir yapı olan kanca.

Bazal gövde, flagellumun en karmaşık kısmıdır. Gram negatif bakterilerde, merkezi bir kolona bağlı dört halkaya sahiptir. Gram pozitif olarak iki halkası vardır. Flagellumun dönme hareketi bazal gövdede gerçekleşir.

Flagella'nın bakteri yüzeyindeki yeri organizmalar arasında büyük farklılıklar gösterir ve şunlar olabilir: 1) tek bir flagella ile monoterik; 2) iki veya daha fazla polar; veya 3) çok sayıda yanal kamçı ile birlikte peritrichous. Periplazmik boşlukta bulunan spiroketlerde olduğu gibi endoflagella da vardır.

Helicobacter pylori çok hareketlidir çünkü altı ila sekiz tek kutuplu flagellaya sahiptir. Mukustan geçen bir pH gradyanı, H. pylori'nin kendisini yönlendirmesine ve epitel hücrelerine bitişik bir alanda kendisini kurmasına izin verir. Pseudomonas, şekerlerden kemotaksis sergileyen ve virülans ile ilişkilendirilen bir polar flagelluma sahiptir.

Flagellin yapısı

Flagellin protein dizisinin çarpıcı bir özelliği, N-terminal ve C-terminal bölgelerinin yüksek oranda korunmuş olmasıdır, oysa merkezi bölge aynı cinsten türler ve alt türler arasında oldukça değişkendir. Bu aşırı değişkenlik, Salmonella spp'nin yüzlerce serotipinden sorumludur.

Flagellin molekülleri, terminal bölgeler aracılığıyla birbirleriyle etkileşime girer ve bir filament oluşturmak için polimerize olur. Bunda, uç bölgeler filamentin silindirik yapısının iç tarafına doğru konumlanırken, merkezi bölge dışa doğru açığa çıkar.

Tuzların yokluğunda depolimerize olan tübülin filamentlerinin aksine, bakterilerin filamentleri suda çok kararlıdır. Yaklaşık 20.000 tübülin alt birimi bir filaman oluşturur.

H. pylori ve Pseudomonas aeruginosa filamanında iki tip flagellin polimerize edilir: fliC geni tarafından kodlanan FlaA ve FlaB. FlaA'lar heterojendir ve moleküler kütleleri 45 ile 52 kDa arasında değişen birkaç alt gruba ayrılır. FlaB, 53 kDa'lık bir moleküler kütle ile homojendir.

Çoğu zaman, flagellinlerin lizin kalıntıları metillenir. Ayrıca, FlaA'nın glikosilasyonu ve FlaB'nin tirozin kalıntılarının fosforilasyonu gibi fonksiyonları sırasıyla virülans ve dışa aktarım sinyali gibi başka modifikasyonlar da vardır.

Bakterilerde flagellar filaman büyümesi

Bakteri belası deneysel olarak ortadan kaldırılabilir ve rejenerasyonu incelenebilir. Flagellin alt birimleri, bu yapının iç bölgesi boyunca taşınır. En uç noktaya ulaştıklarında, alt birimler HAP2 veya FliD adı verilen bir protein ("kapak proteini") yardımıyla kendiliğinden eklenir.

Filamentin sentezi kendi montajı ile gerçekleşir; yani, flagellinin polimerizasyonu enzimler veya faktörler gerektirmez.

Filamentin montajı için bilgi alt birimin kendisinde bulunur. Böylece, flagellin alt birimleri, tam bir tane oluşturan on bir protofilament oluşturmak için polimerize olur.

P. aeruginosa ve Proteus mirabilis'in flagellin sentezi, eritromisin, klaritromisin ve azitromisin gibi antibiyotikler tarafından inhibe edilir.

Bağışıklık sisteminin aktivatörü olarak Flagellin

İlk çalışmalar, Salmonella'dan subnanomolar konsantrasyonlarda flagellinin, bir promonositik hücre hattında güçlü bir sitokin indükleyicisi olduğunu gösterdi.

Daha sonra, pro-enflamatuar yanıtın indüksiyonunun, flagellin ile doğuştan gelen bağışıklık sisteminin hücrelerinin yüzey reseptörleri arasındaki bir etkileşimi içerdiği gösterilmiştir.

Flagellin ile etkileşime giren yüzey reseptörleri, toll-5 tipidir (TLR5). Daha sonra, rekombinant flagellin ile yapılan çalışmalar, hiperdeğişken bölgeden yoksun olduğu zaman, bir bağışıklık tepkisini indükleyemediğini gösterdi.

TLR5'ler, lenfositler, nötrofiller, monositler, makrofajlar, dendritik hücreler, epitel hücreleri ve lenf düğümleri gibi bağışıklık sistemi hücrelerinde bulunur. Bağırsakta TLR5, mikrobiyotanın bileşimini düzenler.

Gram-negatif bakteriler tipik olarak flagellini konakçı hücrenin sitoplazması içine yerleştirmek için tip-III salgı sistemini kullanır ve bir dizi hücre içi olayı tetikler. Bu nedenle, hücre içi ortamdaki flagellin, NAIP ailesinin (bir apoptoz inhibitörü protein / NLR ailesi) proteinleri tarafından tanınır.

Daha sonra, flagellin-NAIP5 / 6 kompleksi, NOD benzeri reseptör ile etkileşime girerek, konağın enfeksiyon ve hasara tepkisini oluşturur.

Flagellin ve bitkiler

Bitkiler bu proteini bir flagellin algılama 2 (FLS2) yolu ile tanır. İkincisi, lösin tekrar açısından zengin bir reseptör kinazdır ve TLR5'e homologdur. FLS ”, flagellinin N-terminal bölgesi ile etkileşir.

Flagellinin FLS2'ye bağlanması, mantar ve bakterilerin neden olduğu enfeksiyona karşı korumaya aracılık eden proteinlerin senteziyle sonuçlanan MAP kinaz yolağının fosforilasyonunu üretir.

Bazı gece gölgesi bitkilerinde, flagellin ayrıca FLS3 reseptörüne bağlanabilir. Bu şekilde, FLS2'nin aracılık ettiği savunmadan kaçan patojenlere karşı kendilerini korurlar.

Bir adjuvan olarak Flagellin

Bir adjuvan, bir antijene hücresel veya humoral tepkiyi artıran bir materyaldir. Birçok aşı zayıf bir bağışıklık tepkisi ürettiğinden, iyi yardımcı maddeler gereklidir.

Çok sayıda çalışma, flagellinin bir adjuvan olarak etkinliğini göstermiştir. Bu araştırmalar, hayvan modelleri kullanılarak değerlendirilen aşılarda rekombinant flagellin kullanılmasından oluşuyordu. Bununla birlikte, bu protein henüz klinik deneylerin I. Aşamasını geçmemiştir.

İncelenen rekombinant flagellinler arasında şunlar vardır: flagellin - influenza virüsü hematoglutininin epitopu 1; Schistosoma mansoni'nin flagellin-epitopu; flagellin - E. coli'den ısıya dayanıklı toksin; flagellin - Plasmodium yüzey proteini 1; ve flagellin - diğer rekombinantlar arasında Nil virüsünün zarf proteini.

İnsan kullanımı için aşılarda bir adjuvan olarak flagellin kullanmanın bazı avantajları vardır. Bu avantajlar aşağıdaki gibidir:

1) Çok düşük dozlarda etkilidir.

2) IgE yanıtını uyarmazlar.

3) Başka bir adjuvanın dizisi Ag, flagellin dizisine, TLR5 yoluyla flagellin sinyalleşme yolunu etkilemeden eklenebilir.

Flagellin'in diğer kullanımları

Flagellin genleri geniş çeşitlilik gösterdiğinden, spesifik tespitler için veya türler veya suş tanımlaması için kullanılabilirler.

Örneğin, PCR / RFLP kombinasyonu, Kuzey Amerika'dan E. coli izolatlarında flagellin genlerinin dağılımını ve polimorfizmini incelemek için kullanılmıştır.

Referanslar

1. Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Bakteriyel flagellin - güçlü bir immünomodülatör ajan. Deneysel ve Moleküler Tıp, 49, e373.
2. Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Pseudomonas aeruginosa ve Proteus mirabilis'te flagellin ekspresyonu üzerine makrolitlerin subinhibitör konsantrasyonlarının etkisi. Antimikrobiyal Ajanlar ve Kemoterapi, 44: 2869–2872.
3. Mizel, SB, Bates, JT 2010. Bir adjuvan olarak Flagellin: hücresel mekanizmalar ve potansiyel. Journal of Immunology, 185, 5677-5682.
4. Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Microbiology. Mc Graw-Hill, New York.
5. Schaechter, M. 2009. Mikrobiyolojinin masa ansiklopedisi. Academic Press, San Diego.
6. Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Algılama, popülasyon genetiği ve epidemiyolojik analiz için biyolojik belirteç olarak bakteriyel flagellin geni. Mikrobiyoloji, 143, 3071-3084.