Bakteryjne białko efektorowe

Efektory bakteryjne to białka wydzielane przez bakterie chorobotwórcze do komórek gospodarza, zwykle przy użyciu układu wydzielniczego typu 3 (TTSS/T3SS), układu wydzielniczego typu 4 (TFSS/T4SS) lub układu wydzielniczego typu VI (T6SS). Niektóre bakterie wstrzykują tylko kilka efektorów do komórek gospodarza, podczas gdy inne mogą wstrzykiwać dziesiątki, a nawet setki. Białka efektorowe mogą mieć wiele różnych aktywności, ale zwykle pomagają patogenowi w inwazji na tkankę gospodarza, tłumią jego układ odpornościowy lub w inny sposób pomagają patogenowi przetrwać. Białka efektorowe są zwykle krytyczne dla wirulencji . Na przykład w czynniku sprawczym dżumy ( Yersinia pestis ) utrata T3SS jest wystarczająca do uczynienia bakterii całkowicie niezjadliwymi, nawet jeśli zostaną one bezpośrednio wprowadzone do krwioobiegu. Podejrzewa się również, że drobnoustroje Gram-ujemne rozmieszczają bakteryjne pęcherzyki błony zewnętrznej w celu translokacji białek efektorowych i czynników wirulencji poprzez szlak sekrecyjny przemieszczający pęcherzyki błonowe , w celu modyfikowania ich środowiska lub atakowania / inwazji komórek docelowych, na przykład na styku gospodarz-patogen .

Różnorodność

Wiadomo, że wiele bakterii chorobotwórczych ma wydzielane efektory, ale w przypadku większości gatunków dokładna liczba nie jest znana. Po zsekwencjonowaniu genomu patogenu efektory można przewidzieć na podstawie podobieństwa sekwencji białek, ale takie przewidywania nie zawsze są precyzyjne. Co ważniejsze, trudno jest eksperymentalnie udowodnić, że przewidywany efektor jest faktycznie wydzielany do komórki gospodarza, ponieważ ilość każdego białka efektorowego jest niewielka. Na przykład Tobe i in. (2006) przewidzieli ponad 60 efektorów dla patogennej E. coli , ale tylko dla 39 mogli wykazać, że są one wydzielane do ludzkich komórek Caco-2 . Wreszcie, nawet w obrębie tego samego gatunku bakterii, różne szczepy często mają różne repertuary efektorów. Na przykład patogen roślinny Pseudomonas syringae ma 14 efektorów w jednym szczepie, ale ponad 150 znaleziono w wielu różnych szczepach. ^{[ potrzebne źródło ]}

Gatunek	liczba efektorów	odniesienie
Chlamydia (wiele gatunków)	16+
E. coli EHEC (O157:H7)	40-60
E. coli ( EPEC )	>20
Legionella pneumophila	>330 (T4SS)
Pseudomonas aeruginosa	4
Pseudomonas syringae	14 (> 150 w wielu szczepach)
Salmonella enterica	60+
Yersinia (wiele gatunków)	14

Mechanizm akcji

Biorąc pod uwagę różnorodność efektorów, wpływają one na wiele różnych procesów wewnątrzkomórkowych. Efektory T3SS patogennych E. coli, Shigella, Salmonella i Yersinia regulują dynamikę aktyny , aby ułatwić ich własne przyczepianie się lub inwazję, obalić handel endocytarny , blokować fagocytozę , modulować szlaki apoptotyczne i manipulować wrodzoną odpornością , jak również odpowiedziami gospodarza.

Fagocytoza . Fagocyty to komórki odpornościowe, które potrafią rozpoznawać i „zjadać” bakterie. Fagocyty rozpoznają bakterie bezpośrednio [np. poprzez tzw. receptor zmiatający A, który rozpoznaje bakteryjny lipopolisacharyd (LPS)] lub pośrednio poprzez przeciwciała (IgG) i białka dopełniacza (C3bi), które otaczają bakterie i są rozpoznawane przez receptory Fcγ i integrynę α _mβ2₍ receptor dopełniacza 3) . Na przykład wewnątrzkomórkowe Salmonella i Shigella unikają fagocytarnego zabijania poprzez manipulację handlem endolizosomami (patrz tam). Yersinia przeżywa głównie pozakomórkowo, wykorzystując translokację efektorów do hamowania rearanżacji cytoszkieletu, a tym samym fagocytozy. EPEC/EHEC hamują zarówno transcytozę przez komórki M , jak i internalizację przez fagocyty. Yersinia hamuje fagocytozę poprzez skoordynowane działanie kilku białek efektorowych, w tym YopE, który działa jako RhoGAP i hamuje zależną od Rac polimeryzację aktyny.

Handel endocytami . Kilka bakterii, w tym Salmonella i Shigella , dostaje się do komórki i przeżywa wewnątrzkomórkowo, manipulując szlakiem endocytarnym. Po zinternalizowaniu przez komórki gospodarza Salmonella podważa szlak przemieszczania się endolizosomów, tworząc wakuolę zawierającą Salmonellę (SCV), która jest niezbędna do przeżycia wewnątrzkomórkowego. W miarę dojrzewania SCV przemieszczają się do centrum organizacji mikrotubul (MTOC), regionu okołojądrowego sąsiadującego z aparatem Golgiego , gdzie wytwarzają włókna indukowane Salmonellą (Sif) zależne od efektorów T3SS SseF i SseG. Natomiast zinternalizowana Shigella unika układu endolizosomu przez szybką lizę swojej wakuoli poprzez działanie efektorów T3SS IpaB i C, chociaż szczegóły tego procesu są słabo poznane.

Szlak wydzielniczy . Niektóre patogeny, takie jak EPEC/EHEC, zakłócają szlak wydzielniczy . Na przykład ich efektor EspG może zmniejszać wydzielanie interleukiny-8 (IL-8), a tym samym wpływać na układ odpornościowy ( immunomodulacja ). EspG działa jako GTPazę Rab (Rab-GAP), wychwytując GTPazy Rab w ich nieaktywnej postaci związanej z GDP i zmniejszając transport ER-Golgi (IL-8 i innych białek).

Apoptoza (zaprogramowana śmierć komórki). Apoptoza jest zwykle mechanizmem obrony przed infekcją, biorąc pod uwagę, że komórki apoptotyczne ostatecznie przyciągają komórki odpornościowe, aby usunąć je i patogen. Wiele bakterii chorobotwórczych wykształciło mechanizmy zapobiegające apoptozie, a zwłaszcza utrzymanie środowiska gospodarza. Na przykład efektory EPEC/EHEC NleH i NleF blokują apoptozę. Podobnie, Shigella IpgD i OspG (homolog NleH) blokują apoptozę, przy czym te pierwsze przez fosforylację i stabilizację białka podwójnej minuty 2 ( MDM2 ), co z kolei prowadzi do zablokowania apoptozy indukowanej przez NF-kB. Salmonella hamuje apoptozę i aktywuje sygnały sprzyjające przeżyciu, zależne odpowiednio od efektorów AvrA i SopB.

Indukcja śmierci komórki. W przeciwieństwie do hamowania apoptozy, kilka efektorów wydaje się indukować zaprogramowaną śmierć komórki. Na przykład efektory EHEC, EspF, EspH i Cif, indukują apoptozę.

Reakcja zapalna . Komórki ludzkie mają receptory, które rozpoznają wzorce molekularne związane z patogenami (PAMP). Kiedy bakterie wiążą się z tymi receptorami, aktywują kaskady sygnalizacyjne, takie jak NF-kB i MAPK . Prowadzi to do ekspresji cytokin , czynników immunomodulujących, takich jak interleukiny i interferony , które regulują odpowiedź immunologiczną na infekcje i stany zapalne . Kilka bakteryjnych efektorów wpływa na sygnalizację NF-kB. Na przykład efektory EPEC / EHEC NleE, NleB, NleC, NleH i Tir są efektorami immunosupresyjnymi, które celują w białka w szlaku sygnałowym NF-kB. Wykazano, że NleC rozszczepia podjednostkę NF-kB p65 (RelA), blokując wytwarzanie IL-8 po zakażeniu. NleH1, ale nie NleH2, blokuje translokację NF-kB do jądra. Białko efektorowe Tir hamuje produkcję cytokin. Podobnie YopE, YopP i YopJ ( odpowiednio u Yersinia enterocolitica , Yersinia pestis i Yersinia pseudotuberculosis ) celują w szlak NF-kB. YopE hamuje aktywację NF-kB, co częściowo zapobiega wytwarzaniu IL-8. Członkowie rodziny YopJ to acetylotransferazy , które modyfikują reszty lizyny, seryny lub treoniny grupą acetylową , prowadząc do agregacji białek, blokowania fosforylacji lub hamowania wiązania ATP. W roślinach ten rodzaj acetylacji białek można usunąć poprzez aktywność rodziny SOBER1/TIPSY1 .

Bazy danych i zasoby internetowe

EffectiveDB – Baza danych przewidywanych efektorów bakteryjnych. Zawiera interaktywny serwer do przewidywania efektorów.
Bakteryjne białka efektorowe i ich domeny/motywy (z laboratorium Paula Deana)
T3DB - Baza danych białek systemu wydzielniczego typu 3 (T3SS).
T3SE – Baza danych T3SS
BEAN 2.0: zintegrowany zasób sieciowy do identyfikacji i analizy funkcjonalnej wydzielanych efektorów typu III