ФЛАГЕЛИНА: СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Флагеллин представляет собой белок нити, которая представляет собой структуру , которая является частью жгутиков бактерий. Подавляющее большинство бактерий имеют только один тип флагеллина. Однако у некоторых их больше двух.

Размер молекулы этого белка колеблется от 30 до 60 кДа. Например, у Enterobacteriaceae его молекулярный размер большой, тогда как у некоторых пресноводных бактерий он мал.

Источник: Дартмутский центр электронного микроскопа, Дартмутский колледж.

Флагеллин является фактором вирулентности, который способствует адгезии и инвазии клеток-хозяев. Кроме того, это мощный активатор многих типов клеток, участвующих в врожденном и адаптивном иммунном ответе.

Ультраструктура жгутика и подвижность

Жгутик прикреплен к поверхности клетки. Он состоит из трех частей: 1) нити, отходящей от поверхности ячейки и представляющей собой жесткую полую цилиндрическую структуру; 2) базальное тело, которое внедряется в слои клеточной стенки и мембраны, образуя несколько колец; и 3) крючок - короткая изогнутая структура, которая соединяет базальное тело с нитью.

Базальное тело - самая сложная часть жгутика. У грамотрицательных бактерий он имеет четыре кольца, соединенных с центральной колонкой. У грамположительных есть два кольца. Вращательное движение жгутика происходит в базальном теле.

Расположение жгутиков на поверхности бактерий широко варьирует у разных организмов и может быть: 1) монотерическим, только с одним жгутиком; 2) полярные, с двумя и более; или 3) перитрихозный, с множеством боковых жгутиков. Также существуют эндофлагеллы, как и у спирохет, которые располагаются в периплазматическом пространстве.

Helicobacter pylori очень подвижен, поскольку имеет от шести до восьми униполярных жгутиков. Градиент pH через слизь позволяет H. pylori ориентироваться и закрепляться в области, прилегающей к эпителиальным клеткам. Pseudomonas имеет полярный жгутик, который проявляет хемотаксис сахаров и связан с вирулентностью.

Структура флагеллина

Поразительной особенностью последовательности белка флагеллина является то, что ее N-концевые и C-концевые области высоко консервативны, в то время как центральная область сильно варьирует между видами и подвидами одного и того же рода. Эта гипервариабельность является причиной сотен серотипов Salmonella spp.

Молекулы флагеллина взаимодействуют друг с другом через концевые области и полимеризуются, образуя филамент. При этом концевые области расположены по направлению к внутренней части цилиндрической структуры нити, в то время как центральная область выходит наружу.

В отличие от филаментов тубулина, которые деполимеризуются в отсутствие солей, филаменты бактерий очень стабильны в воде. Около 20 000 субъединиц тубулина образуют филамент.

В филаменте H. pylori и Pseudomonas aeruginosa полимеризуются два типа флагеллина: FlaA и FlaB, кодируемые геном fliC. FlaAs неоднородны и подразделяются на несколько подгрупп с молекулярными массами от 45 до 52 кДа. FlaB гомогенен с молекулярной массой 53 кДа.

Часто остатки лизина флагеллинов метилированы. Кроме того, существуют другие модификации, такие как гликозилирование FlaA и фосфорилирование тирозиновых остатков FlaB, функциями которых являются, соответственно, вирулентность и экспортный сигнал.

Рост жгутиковых волокон у бактерий

Бич бактерий можно устранить экспериментальным путем, а его регенерацию можно изучить. Субъединицы флагеллина транспортируются через внутреннюю область этой структуры. Когда они достигают предела, субъединицы добавляются спонтанно с помощью белка («кэп-белка»), называемого HAP2 или FliD.

Синтез нити происходит посредством собственной сборки; то есть для полимеризации флагеллина не требуются ферменты или факторы.

Информация для сборки филамента находится в самом блоке. Таким образом, субъединицы флагеллина полимеризуются с образованием одиннадцати протофиламентов, которые образуют единое целое.

Синтез флагеллина P. aeruginosa и Proteus mirabilis подавляется антибиотиками, такими как эритромицин, кларитромицин и азитромицин.

Флагеллин как активатор иммунной системы

Первые исследования продемонстрировали, что флагеллин в субнаномолярных концентрациях из сальмонелл является мощным индуктором цитокинов в линии промоноцитарных клеток.

Впоследствии было показано, что индукция провоспалительного ответа включает взаимодействие между флагеллином и рецепторами на поверхности клеток врожденной иммунной системы.

Поверхностные рецепторы, которые взаимодействуют с флагеллином, относятся к типу toll-5 (TLR5). Впоследствии исследования с рекомбинантным флагеллином показали, что, когда в нем отсутствует гипервариабельная область, он не может вызывать иммунный ответ.

TLR5 присутствуют в клетках иммунной системы, таких как лимфоциты, нейтрофилы, моноциты, макрофаги, дендритные клетки, эпителиальные клетки и лимфатические узлы. В кишечнике TLR5 регулирует состав микробиоты.

Грамотрицательные бактерии обычно используют секреторную систему III типа для перемещения флагеллина в цитоплазму клетки-хозяина, вызывая серию внутриклеточных событий. Таким образом, флагеллин во внутриклеточной среде распознается белками семейства NAIP (белки-ингибиторы апоптоза / семейство NLR).

Впоследствии комплекс флагеллин-NAIP5 / 6 взаимодействует с NOD-подобным рецептором, который генерирует ответ хозяина на инфекцию и повреждение.

Флагеллин и растения

Растения узнают этот белок посредством пути, чувствительного к флагеллину 2 (FLS2). Последняя представляет собой рецепторную киназу, богатую лейциновыми повторами, и гомологична TLR5. FLS »взаимодействует с N-концевой областью флагеллина.

Связывание флагеллина с FLS2 вызывает фосфорилирование киназного пути MAP, что приводит к синтезу белков, обеспечивающих защиту от инфекции грибами и бактериями.

У некоторых растений паслена флагеллин также может связываться с рецептором FLS3. Таким образом они защищают себя от патогенов, которые уклоняются от защиты, опосредованной FLS2.

Флагеллин как адъювант

Адъювант - это материал, который увеличивает клеточный или гуморальный ответ на антиген. Поскольку многие вакцины вызывают слабый иммунный ответ, необходимы хорошие адъюванты.

Многочисленные исследования продемонстрировали эффективность флагеллина в качестве адъюванта. Эти исследования заключались в использовании рекомбинантного флагеллина в вакцинах, оцененных на животных моделях. Однако этот белок еще не прошел фазу I клинических испытаний.

Среди изученных рекомбинантных флагеллинов: флагеллин - эпитоп 1 гематоглютинина вируса гриппа; флагеллин-эпитоп Schistosoma mansoni; флагеллин - термостойкий токсин из кишечной палочки; флагеллин - поверхностный белок 1 плазмодия; и флагеллин - белок оболочки вируса Нила среди других рекомбинантов.

Есть некоторые преимущества использования флагеллина в качестве адъюванта в вакцинах для человека. Эти преимущества заключаются в следующем:

1) Эффективен при очень малых дозах.

2) Они не стимулируют ответ IgE.

3) Последовательность другого адъюванта, Ag, может быть вставлена ​​в последовательность флагеллина без воздействия на сигнальный путь флагеллина через TLR5.

Другие варианты использования флагеллина

Поскольку гены флагеллина демонстрируют широкие вариации, их можно использовать для специфических обнаружений или для идентификации видов или штаммов.

Например, комбинация ПЦР / ПДРФ была использована для изучения распределения и полиморфизма генов флагеллина в изолятах E. coli из Северной Америки.

Ссылки

1. Хаджам, И. А., Дар, П. А., Шахнаваз, И., Джауме, Дж. К., Ли, Дж. Х. 2017. Бактериальный флагеллин - мощное иммуномодулирующее средство. Экспериментальная и молекулярная медицина, 49, e373.
2. Кавамура-Сато, К., Инума, Ю., Хасегава, Т., Хории, Т., Ямашино, Т., Охта, М. 2000. Влияние субингибирующих концентраций макролидов на экспрессию флагеллина в Pseudomonas aeruginosa и Proteus mirabilis. Противомикробные агенты и химиотерапия, 44: 2869–2872.
3. Мизел, С.Б., Бейтс, Дж. Т. 2010. Флагеллин как адъювант: клеточные механизмы и потенциал. Журнал иммунологии, 185, 5677-5682.
4. Прескотт, Л. М., Харли, Дж. П., Клейн, С. Д. 2002. Микробиология. Мак-Гро-Хилл, Нью-Йорк.
5. Шехтер, М. 2009. Настольная энциклопедия микробиологии. Academic Press, Сан-Диего.
6. Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Ген бактериального флагеллина как биомаркер для обнаружения, популяционной генетики и эпидемиологического анализа. Микробиология, 143, 3071-3084.