Fimbrie opiekunów-usherów
Fimbrie opiekuńcze-usher (CU) są liniowymi , nierozgałęzionymi pilusami błony zewnętrznej wydzielanymi przez bakterie Gram-ujemne raczej przez układ opiekuńczy-usher niż przez wydzielanie typu IV lub pozakomórkowe systemy zarodkowania. Te fimbrie są zbudowane z modułowych podjednostek pilusa, które są transportowane do peryplazmy w sposób zależny od Sec . Fimbrie wydzielane przez opiekunów są ważnymi chorobotwórczymi , ułatwiającymi kolonizację żywiciela , lokalizację i tworzenie biofilmu u gatunków ważnych klinicznie, takich jak uropatogenna Escherichia coli i Pseudomonas aeruginosa .
Struktura
Ogólnie
Wszystkie systemy opiekuńcze / woźne znajdują się w klastrach genów składających się przynajmniej z woźnego , opiekuńczego i jednej lub więcej podjednostek fimbrii. Ogólnie system obejmuje peryplazmatyczne białka opiekuńcze, peryplazmatyczne i zewnątrzkomórkowe podjednostki pilusa , dimeryczny por błony zewnętrznej ushera i powiązaną maszynerię Sec. Podjednostki pilusa polimeryzują poprzez niekowalencyjne oddziaływanie , tworząc dojrzały pilus, który składa się z samoprzylepnej końcówki, spiralnego korpusu i podstawy związanej z woźnym. System P-pilus (pap) jest jednym z najlepiej scharakteryzowanych i jest pokazany poniżej.
Struktura i funkcja Ushera
Woźny tworzy pory błony zewnętrznej i działa in vivo jako dimer , chociaż tylko jeden z woźnych jest aktywny w danym momencie. Por woźny (PapC) jest utworzony przez 24-niciową beczkę beta z 4 dodatkowymi domenami: domeną N-końcową (NTD), domeną Plug i dwiema domenami C-końcowymi (odpowiednio CTD1 i CTD2). NTD i CTD działają w celu wprowadzenia kompleksów opiekuńczych / podjednostek do rosnącego pilusa i ułatwienia translokacji przez pory. Domena zatyczki działa w celu zatrzymania przedwczesnego tworzenia pilusa i może znajdować się wewnątrz porów lub po peryplazmatycznej stronie błony. W aktywnym dimerze wprowadzającym jeden z wprowadzających ma zatyczkę umieszczoną peryplazmatycznie, a drugi wewnątrz pory translokacji.
Struktura i funkcja opiekuna
Peryplazmatyczne białko opiekuńcze (PapD) ma strukturę „bumerangu” utworzoną przez fałd podobny do immunoglobuliny (Ig) z niezbędnym przedłużeniem C-końcowym (G1). Fałd ten jest utworzony przez 13 nici β (A1-G1) i 4 krótkie helisy α. Chaperony należą do jednej z dwóch rodzin w zależności od długości pętli łączącej nici beta F1 i G1. Długie zapętlone białka opiekuńcze to FGL, a krótkie zapętlone białka opiekuńcze to FGS. Funkcje opiekuńcze polegają na zatrzymaniu agregacji i degradacji podjednostek pilusa poprzez wiązanie ich regionów styku i ułatwianie prawidłowego fałdowania białek przed doprowadzeniem ich do kompleksu usher/fimbriae.
Struktura i funkcja podjednostki Pilin
Struktura podjednostki pilusa ma również fałd podobny do Ig, ale z istotnym przedłużeniem N-końcowym, a nie przedłużeniem C-końcowym. Ponieważ to N-końcowe wydłużenie jest tą samą nicią β, która normalnie uzupełnia fałd Ig, w dojrzałej podjednostce (P1-P5) tworzy się duża szczelina hydrofobowa. Struktura. Poszczególne podjednostki mogą mieć dodatkowe domeny, np. papG ma adhezyjną domenę lektynową. Podjednostki pilusa in vivo działają, tworząc główny korpus pilusa spiralnego (około 3,28 podjednostki na obrót) oraz głowicę adhezyjną.
Biogeneza
Biogeneza pilusa przebiega poprzez mechanizm komplementacji nici, mechanizm ten działa jako bezpośrednia konsekwencja struktur zarówno białek opiekuńczych, jak i podjednostek pilusa. Zarówno przedłużenie G1 białka opiekuńczego, jak i N-końcowe przedłużenie podjednostek pilusa mogą wiązać się z hydrofobową szczeliną P1-P5. Gdy G1 jest związany, wiąże się w równoległej konformacji stabilizującej strukturę podjednostki, ale nie tworzy prawdziwego fałdu Ig (który jest antyrównoległy). Wiąże również szczelinę tylko z miejsc P1-P4, pozostawiając odsłoniętą kieszeń P5. Kiedy inna podjednostka wiąże się z hydrofobową szczeliną, wiąże się ona w antyrównoległy sposób P5-P2, tworząc najbardziej korzystną energetycznie konformację prawdziwego fałdu Ig.
Kiedy kompleks opiekuńczy/podjednostka jest wprowadzany do rosnącego kompleksu opiekuńczego/pilusa (należy zauważyć, że kompleks opiekuńczy/podjednostka stanowi jego podstawę), NTD i CTD dimeru wprowadzającego przenoszą i utrzymują kompleks opiekuńczy/podjednostka do podstawy pilusa. Tutaj N-końcowe przedłużenie podjednostki oddziałuje z wolną kieszenią P5 pilusa. Wiązanie to powoduje „rozpinanie” reszty po reszcie nici G1 białka opiekuńczego z równoczesnym „rozpinaniem” N-końcowego przedłużenia kompleksu opiekuńczego/podjednostki, nieznanego jako mechanizm zapinania i rozsuwania.
Gdy białko opiekuńcze zostanie przemieszczone, dyfunduje z powrotem do maszynerii sec, aby związać kolejną pojawiającą się podjednostkę pilusa. Woźny używający CTD przemieszcza następnie dłuższy pilus przez pory translokacji o jedną resztę, aż opiekun znajdzie się w ścisłym związku z woźnym. Ta translokacja jest połączona z lekkim obrotem, nadając pilusowi jego spiralną strukturę. Ten wzrost postępuje, dopóki podjednostka kończąca nie zwiąże się z pilusem (jeśli taka istnieje), podjednostki kończące nie mają kieszeni P5, a zatem prawie nieodwracalnie wiążą się ze swoim opiekunem. Ponieważ woźny może przemieszczać tylko podjednostki pilusa, a nie kompleksy opiekuńcze / podjednostki, oraz fakt, że opiekuńczy nie może zostać energetycznie prześcignięty przez inną podjednostkę (z powodu braku P5), ta kończąca podjednostka zakotwicza pilus w błonie zewnętrznej i zatrzymać dalszy wzrost pilusa.
Nomenklatura i klasyfikacja
Historycznie klasyfikację fimbrii dokonywano na podstawie ich wyglądu pod mikroskopem, tworząc 4 klasy: afimbrie, fimbrie typu 1, fimbrie tworzące wiązki (typ IV) pilusy i kępki . Jednak ten typ klasyfikacji nie daje żadnej miary pokrewieństwa i dlatego został zastąpiony systemem filogenetycznym.
W fimbriach opiekuńczych / woźnych istnieją zasadniczo dwa rodzaje klasyfikacji: na podstawie rodzaju obecnego woźnego lub na podstawie rodzaju obecnego opiekuńczego. Używając woźnego jako podstawy klasyfikacji, tworzy się 5 kladów: alfa, beta, gamma, pi i sigma oraz cztery podklady: gamma 1-4. Nazewnictwo kladów beta i gamma jest po prostu alfabetyczne, podczas gdy inne są nazywane według cechy definiującej: alfa dla alternatywnej rodziny opiekunów / woźnych; pi dla P-pilus (związane z odmiedniczkowym zapaleniem nerek); i sigma dla pilusa zarodnikowego z Myxococcus xanthus .
Jak wspomniano wcześniej, istnieją dwa rodzaje opiekunów; FGL i FGS, i to jest podstawa klasyfikacji opiekuńczych. Wszystkie białka opiekuńcze FGL są związane z wydzielaniem fimbrialnym, a wszystkie białka opiekuńcze FGS są związane z wydzielaniem fimbrialnym. Wszystkie chaperony FGL znajdują się w podkladzie gamma-3, wszystkie inne klady i podklady to FGS.
Patogeniczność
Chaperone/usher fimbriae pełnią wiele ról na wielu etapach patogeniczności u kilku gatunków. Najlepiej poznane są role w adhezji, unikaniu odporności wrodzonej i lokalizacji. Adhezja jest ułatwiona przez domenę lektynową na końcu fimbrii opiekuńczych / woźnych, ta domena FimH jest dobrze poznana. FimH jest pierwszą podjednostką pilusa typu I (klad γ-1) u gatunków takich jak UPEC i wiąże się z resztami D-mannozylowanymi w pęcherzu, umożliwiając adhezję i kolonizację patogenu. Unikanie odporności jest również ułatwione przez adhezynę końcówki, na przykład wiązanie czynnika przyspieszającego rozpad (DAF) przez fimbrie kladu gamma3 hamuje skuteczną aktywację dopełniacza. Lokalizację można przeprowadzić przez sekwencyjną ekspresję różnych systemów opiekuńczych/woźnych. Większość gatunków bakterii chorobotwórczych wykazuje ekspresję więcej niż jednego typu systemu opiekuńczego/wprowadzającego, na przykład u Pseudomonas aeruginosa istnieje pięć różnych systemów. UPEC wyraża zarówno fimbrie typu 1, jak i pilus P (pap), które wyraża sekwencyjnie, prawdopodobnie w celu ułatwienia migracji z pęcherza (fimbrie typu I) do nerki (pap).
To znaczenie w patogeniczności sprawia, że system opiekuńczy / woźny jest atrakcyjnym celem dla nowych terapii lekowych. Poprzez celowanie w patogeniczność zamiast w organizm (w przypadku konwencjonalnych antybiotyków) eliminuje się silną presję selekcyjną na ewolucję oporności. W przypadku UPEC odniesiono pewien sukces w zatrzymaniu formowania się pilusów w badaniach klinicznych oraz w opracowaniu skutecznej szczepionki dla myszy i małp cynomolgus opartej na kompleksie FimCH.
