En el campo de la biología molecular , un sistema regulador de dos componentes sirve como mecanismo básico de acoplamiento de estímulo-respuesta para permitir que los organismos perciban y respondan a cambios en muchas condiciones ambientales diferentes. [1] Los sistemas de dos componentes típicamente consisten en una quinasa de histidina unida a la membrana que detecta un estímulo ambiental específico y un regulador de respuesta correspondiente que media la respuesta celular, principalmente a través de la expresión diferencial de genes diana. [2] Aunque los sistemas de señalización de dos componentes se encuentran en todos los dominios de la vida , son mucho más comunes en las bacterias , particularmente en las gramnegativas.y cianobacterias ; tanto las histidina quinasas como los reguladores de respuesta se encuentran entre las familias de genes más grandes en bacterias. [3] Son mucho menos comunes en arqueas y eucariotas ; aunque hacen aparecer en levaduras , hongos filamentosos , y moldes de limo , y son comunes en las plantas , [1] sistemas de dos componentes se han descrito como "conspicuamente ausente" de animales . [3]
Los sistemas de dos componentes logran la transducción de señales a través de la fosforilación de un regulador de respuesta (RR) por una histidina quinasa (HK). Las histidina quinasas son típicamente proteínas transmembrana homodiméricas que contienen un dominio de fosfotransferencia de histidina y un dominio de unión a ATP, aunque se han informado ejemplos de histidina quinasas en las familias atípicas HWE e HisKA2 que no son homodímeros. [4] Los reguladores de respuesta pueden consistir solo en un dominio receptor, pero generalmente son proteínas multidominio con un dominio receptor y al menos un dominio efector o de salida, a menudo involucrados enUnión al ADN . [3] Al detectar un cambio particular en el ambiente extracelular, el HK realiza una reacción de autofosforilación , transfiriendo un grupo fosforilo del trifosfato de adenosina (ATP) a un residuo de histidina específico . El regulador de respuesta afín (RR) luego cataliza la transferencia del grupo fosforilo a un residuo de aspartato en el dominio receptor del regulador de respuesta . [5] [6] Esto generalmente desencadena un cambio conformacionalque activa el dominio efector de RR, que a su vez produce la respuesta celular a la señal, normalmente estimulando (o reprimiendo) la expresión de genes diana . [3]
Muchas HK son bifuncionales y poseen actividad fosfatasa contra sus reguladores de respuesta afines, de modo que su salida de señalización refleja un equilibrio entre sus actividades quinasa y fosfatasa. Muchos reguladores de respuesta también se autodesfosforilan, [7] y el fosfoaspartato relativamente lábil también puede hidrolizarse de forma no enzimática. [1] El nivel general de fosforilación del regulador de respuesta finalmente controla su actividad. [1] [8]
Algunas histidina quinasas son híbridos que contienen un dominio receptor interno. En estos casos, un HK híbrido se autofosforila y luego transfiere el grupo fosforilo a su propio dominio receptor interno, en lugar de a una proteína RR separada. El grupo fosforilo luego se transporta a la histidina fosfotransferasa (HPT) y posteriormente a un RR terminal, que puede evocar la respuesta deseada. [9] [10] Este sistema se llama fosforilato . Casi el 25% de las HK bacterianas son del tipo híbrido, al igual que la gran mayoría de las HK eucariotas. [3]
Los sistemas de transducción de señales de dos componentes permiten a las bacterias detectar, responder y adaptarse a una amplia gama de entornos, factores estresantes y condiciones de crecimiento . [11] Estas vías se han adaptado para responder a una amplia variedad de estímulos, incluidos nutrientes , estado redox celular , cambios en la osmolaridad , señales de quórum , antibióticos , temperatura , quimioatrayentes , pH y más. [12] [13] El número promedio de sistemas de dos componentes en un genoma bacterianose ha estimado en alrededor del 30, [14] o alrededor del 1-2% del genoma de un procariota. [15] Unas pocas bacterias no tienen ninguna, típicamente endosimbiontes y patógenos, y otras contienen más de 200. [16] [17] Todos estos sistemas deben estar estrictamente regulados para prevenir la intercomunicación, que es poco común in vivo . [18]