Las fimbrias acompañantes (CU) son pili lineales , no ramificados, de la membrana externa secretados por bacterias gramnegativas a través del sistema acompañante-acompañante en lugar de a través de secreción tipo IV o sistemas de nucleación extracelular. Estas fimbrias se forman a partir de subunidades modulares de pilus, que se transportan al periplasma de forma dependiente de Sec . Las fimbrias secretadas por acompañantes son importantes factores de patogenicidad que facilitan la colonización del huésped , la localización y la formación de biopelículas en especies clínicamente importantes como Escherichia coli uropatógena.y Pseudomonas aeruginosa .
Estructura
General
Todos los sistemas de acompañante / acomodador se encuentran dentro de grupos de genes que consisten en al menos un acomodador , un acompañante y una o más subunidades de fimbrias. [1] En general, el sistema incluye chaperonas periplásmicas , subunidades pilus periplásmicas y extracelulares , poros de la membrana externa del ujier dimérico y maquinaria Sec asociada. Las subunidades de Pilus se polimerizan a través de una interacción no covalente para formar el pilus maduro que consta de una punta adhesiva , un cuerpo helicoidal y una base unida al acomodador. El sistema P-pilus (pap) es uno de los mejor caracterizados y se muestra a continuación. [2]
Estructura y función de usher
El acomodador forma el poro de la membrana externa y funciona in vivo como un dímero , aunque solo uno de los acomodadores está activo a la vez. El poro usher (PapC) está formado por un barril beta de 24 hebras con 4 dominios adicionales: dominio N-terminal (NTD), dominio Plug y dos dominios C-terminales (CTD1 y CTD2 respectivamente). Los NTD y CTD funcionan para llevar los complejos de chaperona / subunidad al pilus en crecimiento y facilitar la translocación a través del poro. [3] El dominio del tapón actúa para detener la formación prematura de un pilus y puede estar ubicado dentro del poro o en el lado periplásmico de la membrana. En el ujier dimérico activo, uno de los ujieres tiene el tapón ubicado periplásmicamente y el otro lo tiene ubicado dentro del poro de translocación. [4]
Estructura y función del acompañante
La chaperona periplásmica (PapD) tiene una estructura de 'boomerang' formada por un pliegue similar a inmunoglobulina (Ig) con una extensión C-terminal esencial (G1). Este pliegue está formado por 13 hebras β (A1-G1) y 4 hélices α cortas. Los acompañantes pertenecen a una de las dos familias según la longitud del bucle que conecta las hebras beta F1 y G1. Los acompañantes de bucle largo son FGL y los acompañantes de bucle corto son FGS. La chaperona funciona para detener la agregación y degradación de las subunidades de pilus uniendo sus regiones de interfaz y facilitando el plegamiento correcto de proteínas antes de llevarlas al complejo usher / fimbrias. [5]
Estructura y función de la subunidad Pilin
La estructura de la subunidad pilus también tiene un pliegue similar a Ig pero con una extensión N-terminal esencial en lugar de una extensión C-terminal. Debido a que esta extensión N-terminal es la misma hebra β que normalmente completa el pliegue de Ig, se forma una gran hendidura hidrófoba en la subunidad madura (P1-P5), esta hendidura es esencial para la biogénesis del pilus pero también necesita un acompañante para estabilizar la estructura. [6] Las subunidades particulares pueden tener dominios adicionales, por ejemplo, papG tiene un dominio de lectina adhesivo. Las subunidades de pilus in vivo funcionan para formar el cuerpo principal del pilus helicoidal (aproximadamente 3,28 subunidades por vuelta) y la cabeza adhesiva.
Biogénesis
La biogénesis de pilus procede a través del mecanismo de complementación de la hebra, el mecanismo funciona como una consecuencia directa de las estructuras de las subunidades de las chaperonas y pilus. Tanto la extensión G1 de la chaperona como la extensión N-terminal de las subunidades del pilus pueden unirse a la hendidura hidrofóbica P1-P5. Cuando el G1 está unido, se une en una conformación paralela que estabiliza la estructura de la subunidad, pero no forma un verdadero pliegue de Ig (que es antiparalelo). También solo une la hendidura de los sitios P1-P4 dejando expuesta la bolsa P5. Cuando otra subunidad se une a la hendidura hidrófoba, se une de forma antiparalela P5-P2 creando la conformación más favorable energéticamente de un pliegue de Ig verdadero. [1]
Cuando un complejo de chaperona / subunidad se lleva al complejo de acomodador / pilus en crecimiento (tenga en cuenta que un complejo de chaperona / subunidad forma la base de esto), los defectos del tubo neural y los CTD del dímero ujier llevan y sujetan el complejo de chaperona / subunidad a la base del pilus. Aquí, la extensión N-terminal de la subunidad interactúa con el bolsillo P5 libre del pilus. Esta unión causa un residuo por el residuo 'descomprimido' de la hebra G1 de la acompañante con la 'cremallera' simultánea de la extensión N-terminal del complejo chaperona / subunidad, desconocido como el mecanismo de zip in-zip out. [2]
Una vez que la chaperona se ha desplazado, se difunde de nuevo a la maquinaria sec para unirse a otra subunidad de pilus emergente. El acomodador que utiliza es CTD luego transloca el pilus más largo a través del poro de translocación por un residuo hasta que el acompañante está en estrecha asociación con el acomodador. Esta translocación va acompañada de una ligera rotación que confiere al pilus su estructura helicoidal. Este crecimiento continúa hasta que una subunidad terminal se une al pilus (si existe), las subunidades terminales carecen del bolsillo P5 y, por lo tanto, unen casi irreversiblemente a su acompañante. Dado que el acomodador solo puede trasladar subunidades de pilus y no complejos de chaperona / subunidad, y el hecho de que la chaperona no puede ser superada energéticamente por otra subunidad (debido a la falta de P5), esta subunidad de terminación ancla el pilus a la membrana externa y Detenga el crecimiento de pilus. [1]
Nomenclatura y clasificación
Históricamente, la clasificación de las fimbrias se hacía en base a su apariencia bajo el microscopio creando 4 clases: Afimbrial, fimbrias tipo 1, pilus formadores de haces (tipo IV) y curli . Sin embargo, este tipo de clasificación no da ninguna medida de parentesco y, por lo tanto, ha sido reemplazado por un sistema filogenético. [7]
En las fimbrias de acompañante / acomodador existen, en términos generales, dos tipos de clasificación: según el tipo de acomodador presente o según el tipo de acompañante presente. El uso del ujier como base de clasificación forma 5 clados: alfa, beta, gamma, pi y sigma, y cuatro subclados: gamma 1-4. Los nombres de los clados beta y gamma son simplemente alfabéticos, mientras que los otros se nombran por una característica definitoria: alfa para la familia alternativa de acompañante / acomodador; pi para P-pilus (asociado a pielonefritis); y sigma para pilus de capa de esporas de Myxococcus xanthus . [7]
Como se dijo anteriormente, hay dos tipos de acompañantes; FGL y FGS, y esta es la base de la clasificación de acompañantes. Todas las chaperonas de FGL están asociadas con la secreción de una fimbrial y todas las chaperonas de FGS están asociadas con la secreción de fimbrias. Todos los chaperones de FGL se encuentran en el subclado gamma-3, todos los demás clados y subclados son FGS. [7]
Patogenicidad
Las fimbrias acompañantes / acomodadores tienen muchas funciones, en muchas etapas de patogenicidad en varias especies. Los más conocidos son los roles en la adhesión, la evasión inmune innata y la localización. La adhesión es facilitada por el dominio de lectina en la punta de las fimbrias chaperona / ujier, este dominio de FimH es bien conocido. FimH es la primera subunidad del pilus tipo I (clado γ-1) en especies como UPEC y se une a residuos D-manosilados en la vejiga, lo que permite la adhesión y colonización de patógenos. La evasión inmune también se ve facilitada por la adhesina de la punta, por ejemplo, la unión del factor acelerador de la descomposición (DAF) por las fimbrias del clado gamma3 inhiben la activación eficaz del complemento. La localización podría realizarse mediante la expresión secuencial de diferentes sistemas de acompañante / acomodador. La mayoría de las especies de bacterias patógenas expresan más de un tipo de sistema acompañante / acomodador, por ejemplo, en Pseudomonas aeruginosa hay cinco sistemas diferentes. UPEC expresa tanto las fimbrias de tipo 1 como el P-pilus (pap) que expresa secuencialmente posiblemente para facilitar la migración desde la vejiga (fimbrias de tipo I) al riñón (pap). [8]
Esta importancia en la patogenicidad hace que el sistema de acompañante / acomodador sea un objetivo atractivo para nuevas terapias farmacológicas. Al apuntar a la patogenicidad en lugar del organismo (en el caso de los antibióticos convencionales) se elimina la fuerte presión selectiva para la evolución de la resistencia. En el caso de UPEC, ha habido cierto éxito en los ensayos clínicos pilicidas (que detienen la formación de pilus) y en el desarrollo de una vacuna eficaz en ratones y monos cynomolgus basada en el complejo FimCH. [8]
Referencias
- ^ a b c Busch A y Waksman G (2012). "Vías de acompañante-ujier: diversidad y mecanismo de ensamblaje de pilus" . Philosophical Transactions de la Royal Society de Londres B . 367 : 1112–1122. doi : 10.1098 / rstb.2011.0206 . PMC 3297437 . PMID 22411982 .
- ^ a b Hultgren SJ y Waksman G (2009). "Biología estructural de la vía de acompañante-ujier de la biogénesis de pilus" . Nature Reviews Microbiología . 7 (11): 765–774. doi : 10.1038 / nrmicro2220 . PMC 3790644 . PMID 19820722 .
- ^ Vetsh M y col. (2006). "Mecanismo de ensamblaje de fibras a través de la vía acompañante-ujier" . Informes EMBO . 7 : 734–738. doi : 10.1038 / sj.embor.7400722 . PMC 1500831 . PMID 16767077 .
- ^ Phan G y col. (2011). "Estructura cristalina del acomodador FimD unido a su sustrato afín FimC-FimH" . Naturaleza . 474 : 49–53. doi : 10.1038 / nature10109 . PMC 3162478 . PMID 21637253 .
- ^ Sauer F y col. (1999). "Base estructural de la función de chaperón y biogénesis de pilus". Ciencia . 285 (5430): 1058–1061. doi : 10.1126 / science.285.5430.1058 . PMID 10446050 .
- ^ Verger D y col. (2007). "Estructura cristalina de la subunidad PapA rob P-pilus" . PLOS ONE . 3 : e73. doi : 10.1371 / journal.ppat.0030073 . PMC 1868955 . PMID 17511517 .
- ^ a b c Nuccio SP y col. (2007). "Evolución de la vía de la asamblea de acompañante / acomodador: la clasificación fimbrial se vuelve griega" . Revisiones de Microbiología y Biología Molecular . 71 : 551–575. doi : 10.1128 / MMBR.00014-07 . PMC 2168650 . PMID 18063717 .
- ^ a b Beata M y col. (2011). "Infecciones del tracto urinario de cepas de Escherichia coli del sistema de acompañante-usher". Revista polaca de microbiología . 60 : 279-285.