FLAGELINA: RAKENNE JA TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Flagelliini on proteiini filamentin, joka on rakenne, joka on osa siimojen bakteereita. Suurimmassa osassa bakteereista on vain yhden tyyppinen flagelliini. Joillakin on kuitenkin enemmän kuin kaksi.

Tämän proteiinin molekyylikoko vaihtelee välillä 30 kDa - 60 kDa. Esimerkiksi enterobakteereissa sen molekyylikoko on suuri, kun taas tietyissä makean veden bakteereissa se on pieni.

Lähde: Dartmouthin elektronimikroskooppilaitos, Dartmouth College

Flagelliini on virulenssitekijä, joka sallii isäntäsolujen tarttumisen ja hyökkäyksen. Lisäksi se on voimakas aktivaattori monentyyppisille soluille, jotka osallistuvat luontaiseen ja mukautuvaan immuunivasteeseen.

Flagellumin ultrarakenne ja liikkuvuus

Flagellum on kiinnitetty solun pintaan. Se koostuu kolmesta osasta: 1) hehkulanka, joka ulottuu kennon pinnasta ja on jäykkä, ontto sylinterimäinen rakenne; 2) perusrunko, joka on upotettu soluseinämään ja kalvokerroksiin muodostaen useita renkaita; ja 3) koukku, lyhyt kaareva rakenne, joka yhdistää peruskappaleen filamentiin.

Perusrunko on monimutkaisin osa flagellumia. Gramnegatiivisissa bakteereissa siinä on neljä rengasta, jotka on kytketty keskuskolonniin. Gram-positiivisessa siinä on kaksi rengasta. Flagellumin kiertoliike tapahtuu perusrunkoon.

Flagellan sijainti bakteerien pinnalla vaihtelee suuresti organismien välillä, ja se voi olla: 1) monoterinen, vain yhden flagellan kanssa; 2) napa, jossa on kaksi tai enemmän; tai 3) vatsakalvo, jossa on monia sivuttaisia ​​läpikuultavia kappaleita. On myös endoflageeleja, kuten spirosketeissa, jotka sijaitsevat periplasmisessa tilassa.

Helicobacter pylori on erittäin liikkuva, koska siinä on kuudesta kahdeksaan yksinapaista koteloa. Liman läpi kulkeva pH-gradientti mahdollistaa H. pylorin orientoitumisen ja asettamisen epiteelisolujen viereiselle alueelle. Pseudomonasilla on polaarinen silmukka, joka osoittaa sokerien kemotaksista ja liittyy virulenssiin.

Flagelliinin rakenne

Flagelliiniproteiinisekvenssin silmiinpistävä piirre on, että sen N-terminaalinen ja C-terminaalinen alue ovat erittäin konservoituneita, kun taas keskialue on hyvin vaihteleva saman suvun lajien ja alalajien välillä. Tämä hypermuuttuvuus on vastuussa satoista Salmonella spp.

Flagelliinimolekyylit ovat vuorovaikutuksessa päätealueiden kautta ja polymeroituvat filamentin muodostamiseksi. Tässä päätealueet sijaitsevat hehkulangan lieriömäisen rakenteen sisäpuolella, kun taas keskiosa on paljastunut ulkopuolelle.

Toisin kuin tubuliinfilamentit, jotka depolymeroituvat ilman suoloja, bakteerien filamentit ovat erittäin stabiileja vedessä. Noin 20 000 tubuliinin alayksikköä muodostaa filamentin.

Kaksi tyyppistä flagelliinia polymeroidaan H. pylori- ja Pseudomonas aeruginosa -filamenteissa: FlaA ja FlaB, joita koodaa fliC-geeni. FlaA: t ovat heterogeenisiä ja jaotellaan useisiin alaryhmiin, joiden molekyylimassat vaihtelevat välillä 45 - 52 kDa. FlaB on homogeeninen molekyylimassaltaan 53 kDa.

Usein flagelliinien lysiinitähteet metyloidaan. Lisäksi on muita modifikaatioita, kuten FlaA: n glykosylaatio ja FlaB: n tyrosiinitähteiden fosforyloituminen, joiden tehtävänä on vastaavasti virulenssi ja vientisignaali.

Flagellar-filamentin kasvu bakteereissa

Bakteerien vitsaus voidaan poistaa kokeellisesti ja sen uudistumista voidaan tutkia. Flagelliinialayksiköt kuljetetaan tämän rakenteen sisäalueen läpi. Kun ne saavuttavat äärimmäisyyden, alayksiköt lisätään spontaanisti proteiinin ("korkkiproteiini"), nimeltään HAP2 tai FliD, avulla.

Filamentin synteesi tapahtuu oman kokoonpanon avulla; toisin sanoen flagelliinin polymerointi ei vaadi entsyymejä tai tekijöitä.

Tietoja hehkulangan kokoamisesta löytyy itse alayksiköstä. Siksi flagelliinialayksiköt polymeroituvat muodostaen yksitoista protofilamenttia, jotka muodostavat täydellisen.

P. aeruginosa- ja Proteus mirabilis -bakteerien flagelliinisynteesi estyy antibiooteilla, kuten erytromysiini, klaritromysiini ja atsitromysiini.

Flagelliini immuunijärjestelmän aktivaattorina

Ensimmäiset tutkimukset osoittivat, että salmonellasta saatu flagelliini subnanomolaarisissa konsentraatioissa on voimakas sytokiinien indusoija promonosyyttisessä solulinjassa.

Myöhemmin osoitettiin, että tulehdusta edistävän vasteen indusointi sisältää vuorovaikutuksen flagelliinin ja luontaisen immuunijärjestelmän solujen pinnalla olevien reseptoreiden välillä.

Pintareseptorit, jotka ovat vuorovaikutuksessa flagelliinin kanssa, ovat tietulli-5-tyyppisiä (TLR5). Myöhemmin rekombinantti flagelliinilla tehdyt tutkimukset osoittivat, että kun sillä ei ollut hypervariaablia aluetta, se ei kyennyt indusoimaan immuunivastetta.

TLR5: eitä on läsnä immuunijärjestelmän soluissa, kuten lymfosyytit, neutrofiilit, monosyytit, makrofagit, dendriittisolut, epiteelisolut ja imusolmukkeet. Suolistossa TLR5 säätelee mikrobion koostumusta.

Gramnegatiiviset bakteerit käyttävät tyypillisesti tyypin III eritysjärjestelmää flagelliinin siirtämiseksi isäntäsolun sytoplasmaan, laukaistaen sarjan solunsisäisiä tapahtumia. NAIP-perheen proteiinit (apoptoosin estäjäproteiini / NLR-perhe) tunnistavat siten solunsisäisen väliaineen flagelliinin.

Myöhemmin flagelliini-NAIP5 / 6 -kompleksi on vuorovaikutuksessa NOD: n kaltaisen reseptorin kanssa, mikä generoi isännän vasteen infektiolle ja vaurioille.

Flagelliini ja kasvit

Kasvit tunnistavat tämän proteiinin flagelliinisekvenssin 2 (FLS2) kautta. Jälkimmäinen on leusiinia toistuva rikas reseptorikinaasi ja on homologinen TLR5: lle. FLS ”on vuorovaikutuksessa flagelliinin N-terminaalisen alueen kanssa.

Flagelliinin sitoutuminen FLS2: een tuottaa MAP-kinaasireitin fosforylaation, joka huipentuu proteiinien synteesiin, jotka välittävät suojaa sienten ja bakteerien aiheuttamaa infektiota vastaan.

Joissakin yöpaikkakasveissa flagelliini voi myös sitoutua FLS3-reseptoriin. Tällä tavalla ne suojaavat itsensä patogeeneiltä, ​​jotka kiertävät FLS2: n välittämää puolustusta.

Flagelliini apuaineena

Apuaine on materiaali, joka lisää solu- tai humoraalista vastetta antigeenille. Koska monet rokotteet tuottavat heikon immuunivasteen, hyvät apuaineet ovat välttämättömiä.

Lukuisat tutkimukset osoittivat flagelliinin tehokkuuden apuaineena. Nämä tutkimukset koostuivat yhdistelmäflagelinin käytöstä rokotteissa, jotka arvioitiin eläinmalleilla. Tämän proteiinin on kuitenkin vielä läpäistävä kliinisten tutkimusten vaihe I.

Tutkimista yhdistelmä-flagellineista ovat: flagelliini - influenssaviruksen hematoglutiniinin epitooppi 1; Schistosoma mansonin flagelliiniepitooppi; flagelliini - lämpöstabiili toksiini E. colista; flagelliini - Plasmodium-pintaproteiini 1; ja Niilin viruksen flagelliini-vaippaproteiini muiden rekombinanttien joukossa.

Flagelliinin käytöllä apuaineena ihmisille tarkoitetuissa rokotteissa on joitain etuja. Nämä edut ovat seuraavat:

1) Se on tehokas erittäin pienillä annoksilla.

2) Ne eivät stimuloi IgE-vastetta.

3) Toisen adjuvantin, Ag: n, sekvenssi voidaan insertoida flagelliinisekvenssiin vaikuttamatta flagelliinin signalointireittiin TLR5: n kautta.

Muu flagelliinin käyttö

Koska flagelliinigeeneillä on laaja variaatio, niitä voidaan käyttää spesifisiin havaintoihin tai lajien tai kantojen tunnistamiseen.

Esimerkiksi PCR / RFLP-yhdistelmää on käytetty tutkimaan flagelliinigeenien jakautumista ja polymorfismia Pohjois-Amerikasta tulevissa E. coli -isolaateissa.

Viitteet

1. Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Bakteeriflegelliini - voimakas immunomodulatorinen aine. Experimental and Molecular Medicine, 49, e373.
2. Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Makrrolidien subinhibiittoripitoisuuksien vaikutus flagelliinin ilmentymiseen Pseudomonas aeruginosassa ja Proteus mirabilis -bakteerissa. Antimikrobiset aineet ja kemoterapia, 44: 2869–2872.
3. Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagelliini apuaineena: solumekanismit ja potentiaali. Journal of Immunology, 185, 5677 - 5682.
4. Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Mikrobiologia. Mc Graw-Hill, New York.
5. Schaechter, M. 2009. Mikrobiologisen pöydän tietosanakirja. Academic Press, San Diego.
6. Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Bakteerin flagelliinigeeni biomarkkerina havaitsemista, populaatiogenetiikkaa ja epidemiologista analyysiä varten. Microbiology, 143, 3071 - 3084.