Hispanopedia WikiLas fimbrias chaperona-usher (CU) son pili lineales , no ramificados, de membrana externa secretados por bacterias gramnegativas a través del sistema chaperona-usher en lugar de a través de la secreción de tipo IV o los sistemas de nucleación extracelular. Estas fimbrias se forman a partir de subunidades de pili modulares, que se transportan al periplasma de manera dependiente de Sec . Las fimbrias secretadas por el sistema chaperona-usher son factores de patogenicidad importantes 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
En general
Todos los sistemas chaperona/usher se encuentran dentro de grupos de genes que constan de al menos un usher , una chaperona y una o más subunidades de fimbrias. [ 1 ] En general, el sistema incluye chaperonas periplásmicas , subunidades de pili periplásmicas y extracelulares , un poro de membrana externa de usher dimérico y la maquinaria Sec asociada. Las subunidades del pilus se polimerizan mediante una interacción no covalente para formar el pilus maduro, que consta de una punta adhesiva , un cuerpo helicoidal y una base unida al usher. El sistema del pilus P (pap) es uno de los mejor caracterizados y se muestra a continuación. [ 2 ]
Estructura y función de Ushher
El usher forma el poro de la membrana externa y funciona in vivo como un dímero , aunque solo uno de los ushers está activo a la vez. [ 3 ] El poro del usher (PapC) está formado por un barril beta de 24 hebras con 4 dominios adicionales: dominio N-terminal (NTD), dominio Tapón y dos dominios C-terminales (CTD1 y CTD2, respectivamente). El NTD y los CTD funcionan para llevar los complejos chaperona/subunidad al pilus en crecimiento y facilitar la translocación a través del poro. [ 4 ] El dominio 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 usher dimérico activo, uno de los ushers tiene el Tapón ubicado periplásmicamente y el otro lo tiene ubicado dentro del poro de translocación. [ 5 ]
Estructura y función de las chaperonas
La chaperona periplásmica (PapD) tiene una estructura en forma de bumerán formada por un pliegue similar al de la inmunoglobulina (Ig) con una extensión C-terminal esencial (G1). Este pliegue está formado por 13 hebras β (A1-G1) y 4 hélices α cortas. Las chaperonas pertenecen a una de dos familias según la longitud del bucle que conecta las hebras β F1 y G1. Las chaperonas con bucles largos son FGL y las chaperonas con bucles cortos son FGS. La función de la chaperona es detener la agregación y degradación de las subunidades del pilus uniéndose a sus regiones de interfaz y facilitando el correcto plegamiento de la proteína antes de llevarlas al complejo usher/fimbrias. [ 6 ]
Estructura y función de las subunidades de la pilina
La estructura de la subunidad del pilus también tiene un pliegue similar al de la 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 la Ig, se forma una gran hendidura hidrofóbica en la subunidad madura (P1-P5), esta hendidura es esencial para la biogénesis del pilus pero también requiere una chaperona para estabilizar la estructura. [ 7 ] Las subunidades particulares pueden tener dominios adicionales, por ejemplo, papG tiene un dominio de lectina adhesiva. In vivo, las subunidades del pilus funcionan para formar el cuerpo principal del pilus helicoidal (aproximadamente 3,28 subunidades por vuelta) y la cabeza adhesiva.
Biogénesis
La biogénesis del pilus se produce mediante el mecanismo de complementación de hebras, que funciona como consecuencia directa de las estructuras tanto de las chaperonas como de las subunidades del 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 la G1 se une, lo hace en una conformación paralela que estabiliza la estructura de la subunidad, pero no forma un verdadero pliegue Ig (que es antiparalelo). Además, solo se une a la hendidura desde los sitios P1-P4, dejando expuesto el bolsillo P5. Cuando otra subunidad se une a la hendidura hidrofóbica, lo hace de forma antiparalela P5-P2, creando la conformación energéticamente más favorable de un verdadero pliegue Ig. [ 1 ]
Cuando un complejo chaperona/subunidad se une al complejo usher/pilus en crecimiento (nótese que un complejo chaperona/subunidad forma la base de este), los dominios N-terminal (NTD) y C-terminal (CTD) del dímero usher atraen y mantienen el complejo chaperona/subunidad hacia la base del pilus. Allí, la extensión N-terminal de la subunidad interactúa con el bolsillo P5 libre del pilus. Esta unión provoca un "desenrollamiento" residuo a residuo de la hebra G1 de la chaperona, con un "enrollamiento" simultáneo de la extensión N-terminal del complejo chaperona/subunidad, un mecanismo conocido como "enrollado-desenrollado". [ 2 ]
Una vez que la chaperona se ha desplazado, difunde de vuelta a la maquinaria sec para unirse a otra subunidad de pilus emergente. El transportador, utilizando sus CTD, transloca el pilus más largo a través del poro de translocación un residuo hasta que la chaperona se encuentra en estrecha asociación con el transportador. Esta translocación se acopla a una ligera rotación que le 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, se unen a su chaperona de forma casi irreversible. Dado que el transportador solo puede translocar subunidades de pilus y no complejos chaperona/subunidad, y debido a que la chaperona no puede ser superada energéticamente por otra subunidad (por la falta de P5), esta subunidad terminal ancla el pilus a la membrana externa y detiene cualquier crecimiento posterior del pilus. [ 1 ]
Nomenclatura y clasificación
Históricamente, la clasificación de las fimbrias se basaba en su apariencia al microscopio, creando cuatro clases: afimbrias, fimbrias de tipo 1, pilus formadores de haces (tipo IV) y curli . Sin embargo, este tipo de clasificación no proporciona ninguna medida de parentesco y, por lo tanto, ha sido reemplazada por un sistema filogenético. [ 8 ]
En las fimbrias chaperona/usher existen, en términos generales, dos tipos de clasificación: según el tipo de usher presente o según el tipo de chaperona presente. Utilizando la usher como base de la clasificación, se forman 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 demás se nombran según una característica definitoria: alfa para la familia alternativa de chaperona/usher; pi para el pilus P ( asociado a la pielonefritis ); y sigma para el pilus de la cubierta de la espora de Myxococcus xanthus . [ 8 ]
Como se indicó anteriormente, existen dos tipos de chaperonas: FGL y FGS, y esta es la base de su clasificación. Todas las chaperonas FGL están asociadas con la secreción afimbrial, mientras que todas las chaperonas FGS están asociadas con la secreción fimbrial. Todas las chaperonas FGL se encuentran en el subclado gamma-3; todos los demás clados y subclados son FGS. [ 8 ]
Patogenicidad
Las fimbrias chaperona/usher desempeñan múltiples funciones en diversas etapas de la patogenicidad en varias especies. Las mejor comprendidas son las relacionadas con la adhesión, la evasión de la inmunidad innata y la localización. La adhesión se ve facilitada por el dominio de lectina en la punta de las fimbrias chaperona/usher; este dominio de FimH está bien caracterizado. 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, permitiendo la adhesión y colonización del patógeno. La evasión inmunitaria también se ve facilitada por la adhesina de la punta; por ejemplo, la unión del factor acelerador de la degradación (DAF) a las fimbrias del clado gamma3 inhibe la activación efectiva del complemento. La localización podría llevarse a cabo mediante la expresión secuencial de diferentes sistemas chaperona/usher. La mayoría de las especies de bacterias patógenas expresan más de un tipo de sistema chaperona/usher; por ejemplo, en Pseudomonas aeruginosa existen cinco sistemas diferentes. UPEC expresa tanto las fimbrias de tipo 1 como el pilus P (pap), que expresa secuencialmente posiblemente para facilitar la migración desde la vejiga (fimbrias de tipo I) al riñón (pap). [ 9 ]
Esta importancia en la patogenicidad convierte al sistema chaperona/usher en un objetivo atractivo para nuevas terapias farmacológicas. Al dirigirse a la patogenicidad en lugar del organismo (como en el caso de los antibióticos convencionales), se elimina la fuerte presión selectiva para la evolución de la resistencia. En el caso de UPEC, se ha logrado cierto éxito en la inhibición de la formación de pili en ensayos clínicos y en el desarrollo de una vacuna eficaz en ratones y monos cynomolgus basada en el complejo FimCH. [ 9 ]
Referencias
- 1 2 3 Busch A y Waksman G (2012). "Vías chaperona-usher: diversidad y mecanismo de ensamblaje del pilus" . Philosophical Transactions of the Royal Society of London B. 367 ( 1592): 1112– 1122. doi : 10.1098/rstb.2011.0206 . PMC 3297437. PMID 22411982 .
- 1 2 Hultgren SJ y Waksman G (2009). "Biología estructural de la vía chaperona-usher de la biogénesis de pili" . Nature Reviews Microbiology . 7 (11): 765– 774. doi : 10.1038/nrmicro2220 . PMC 3790644. PMID 19820722 .
- ^ Werneburg, Glenn T.; Henderson, Nadine S.; Portnoy, Erica B.; Sarowar, Samema; Hultgren, Scott J.; Li, Huilin; Thanassi, David G. (julio de 2015). "El pilus usher controla las interacciones de proteínas mediante el enmascaramiento de dominios y es funcional como un oligómero" . Naturaleza Biología estructural y molecular . 22 (7): 540– 546. doi : 10.1038/nsmb.3044 . ISSN 1545-9985 . PMC 4496297 . PMID 26052892 .
- ↑ Vetsh M, et al. (2006). " Mecanismo de ensamblaje de fibras a través de la vía chaperona-usher" . EMBO Reports . 7 (7): 734– 738. doi : 10.1038/sj.embor.7400722 . PMC 1500831. PMID 16767077 .
- ↑ Phan G, et al. (2011). " Estructura cristalina del señuelo FimD unido a su sustrato cognado FimC-FimH" . Nature . 474 (7349): 49– 53. doi : 10.1038/nature10109 . PMC 3162478. PMID 21637253 .
- ↑ Sauer F, et al. (1999). "Base estructural de la función de las chaperonas y la biogénesis de los pili". Science . 285 (5430): 1058– 1061. doi : 10.1126/science.285.5430.1058 . PMID 10446050 .
- ↑ Verger D, et al. (2007). " Estructura cristalina de la subunidad rob del pilus P PapA" . PLOS ONE . 3 (5): e73. doi : 10.1371/journal.ppat.0030073 . PMC 1868955. PMID 17511517 .
- 1 2 3 Nuccio SP, et al. (2007). "Evolución de la vía de ensamblaje de chaperonas/usher: la clasificación fimbrial se vuelve griega" . Microbiology and Molecular Biology Reviews . 71 (4): 551– 575. doi : 10.1128/MMBR.00014-07 . PMC 2168650. PMID 18063717 .
- 1 2 Beata M, et al. (2011). "Infecciones del tracto urinario de cepas de Escherichia coli del sistema chaperona-usher" . Polish Journal of Microbiology . 60 (4): 279– 285. doi : 10.33073/pjm-2011-040 . PMID 22390061 .
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