Bakteriellt effektorprotein

Bakterieeffektorer är proteiner som utsöndras av patogena bakterier till cellerna hos deras värd, vanligtvis med hjälp av ett typ 3-sekretionssystem (TTSS/T3SS), ett typ 4-sekretionssystem (TFSS/T4SS) eller ett typ VI-sekretionssystem (T6SS). Vissa bakterier injicerar bara ett fåtal effektorer i deras värdceller medan andra kan injicera dussintals eller till och med hundratals. Effektorproteiner kan ha många olika aktiviteter, men hjälper vanligtvis patogenen att invadera värdvävnad, undertrycka dess immunsystem eller på annat sätt hjälpa patogenen att överleva. Effektorproteiner är vanligtvis kritiska för virulens . Till exempel, i det orsakande ämnet för pest ( Yersinia pestis ), är förlusten av T3SS tillräcklig för att göra bakterierna fullständigt avirulenta, även när de införs direkt i blodomloppet. Gramnegativa mikrober misstänks också distribuera bakteriella yttre membranvesiklar för att translokera effektorproteiner och virulensfaktorer via en membranvesikelhandelssekretorisk väg , för att modifiera sin miljö eller attackera/invadera målceller, till exempel vid gränssnittet mellan värd och patogen .

Mångfald

Många patogena bakterier är kända för att ha utsöndrade effektorer men för de flesta arter är det exakta antalet okänt. När väl ett patogengenom har sekvenserats kan effektorer förutsägas baserat på proteinsekvenslikhet, men sådana förutsägelser är inte alltid exakta. Ännu viktigare är det svårt att experimentellt bevisa att en förutspådd effektor faktiskt utsöndras i en värdcell eftersom mängden av varje effektorprotein är liten. Till exempel, Tobe et al. (2006) förutspådde mer än 60 effektorer för patogena E. coli men kunde bara visa för 39 att de utsöndras i humana Caco-2- celler. Slutligen, även inom samma bakterieart, har olika stammar ofta olika repertoarer av effektorer. Till exempel har växtpatogenen Pseudomonas syringae 14 effektorer i en stam, men mer än 150 har hittats i flera olika stammar. ^{[ citat behövs ]}

Arter	antal effektorer	referens
Klamydia (flera arter)	16+
E. coli EHEC (O157:H7)	40-60
E. coli ( EPEC )	>20
Legionella pneumophila	>330 (T4SS)
Pseudomonas aeruginosa	4
Pseudomonas syringae	14 (>150 i flera stammar)
Salmonella enterica	60+
Yersinia (flera arter)	14

Handlingsmekanism

Med tanke på mångfalden av effektorer påverkar de en mängd olika intracellulära processer. T3SS-effektorerna av patogena E. coli, Shigella, Salmonella och Yersinia reglerar aktindynamiken för att underlätta deras egen vidhäftning eller invasion, undergräva endocytisk trafficking , blockera fagocytos , modulera apoptotiska vägar och manipulera medfödd immunitet såväl som värdsvar.

Fagocytos . Fagocyter är immunceller som kan känna igen och "äta" bakterier. Fagocyter känner igen bakterier direkt [t.ex. genom den så kallade scavengerreceptorn A som känner igen bakteriell lipopolysackarid (LPS) ] eller indirekt genom antikroppar (IgG) och komplementproteiner (C3bi) som täcker bakterierna och känns igen av Fcγ-receptorerna och integrin α _mp2₍ komplementreceptor 3) . Till exempel slipper intracellulär Salmonella och Shigella fagocytisk dödande genom manipulation av endolysosomal handel (se där). Yersinia överlever övervägande extracellulärt genom att använda translokation av effektorer för att hämma cytoskeletala omarrangemang och därmed fagocytos. EPEC/EHEC hämmar både transcytos genom M-celler och internalisering av fagocyter. Yersinia hämmar fagocytos genom de samordnade verkan av flera effektorproteiner, inklusive YopE som fungerar som en RhoGAP och hämmar Rac-beroende aktinpolymerisation.

Endocytisk trafficking . Flera bakterier, inklusive Salmonella och Shigella , kommer in i cellen och överlever intracellulärt genom att manipulera den endocytiska vägen. När Salmonella väl har internaliserats av värdceller undergräver den endolysosomhandelsvägen för att skapa en Salmonella -innehållande vakuol (SCV), som är avgörande för dess intracellulära överlevnad. När SCVs mognar reser de till mikrotubulusorganiseringscentret (MTOC), en perinukleär region intill Golgi, där de producerar Salmonella- inducerade filament (Sifs) beroende på T3SS-effektorerna SseF och SseG. Däremot undviker internaliserad Shigella endolysosomsystemet genom att snabbt lysera dess vakuol genom verkan av T3SS-effektorerna IpaB och C även om detaljerna i denna process är dåligt förstådda.

Sekretorisk väg . Vissa patogener, såsom EPEC/EHEC, stör sekretionsvägen . Till exempel kan deras effektor EspG minska utsöndringen av interleukin-8 (IL-8), och därmed påverka immunsystemet ( immunmodulering ). EspG fungerar som ett Rab GTPase -aktiverande protein (Rab-GAP), fångar Rab-GTPaser i sin inaktiva GDP- bundna form och minskar ER-Golgi-transport (av IL-8 och andra proteiner).

Apoptos (programmerad celldöd). Apoptos är vanligtvis en mekanism för försvar mot infektion, med tanke på att apoptotiska celler så småningom attraherar immunceller för att ta bort dem och patogenen. Många patogena bakterier har utvecklat mekanismer för att förhindra apoptos, inte minst för att upprätthålla sin värdmiljö. Till exempel blockerar EPEC/EHEC-effektorerna NleH och NleF apoptos. På liknande sätt Shigella -effektorerna IpgD och OspG (en homolog av NleH) apoptos, den förra genom att fosforylera och stabilisera det dubbla minut 2-proteinet ( MDM2 ) vilket i sin tur leder till ett block av NF-kB-inducerad apoptos. Salmonella hämmar apoptos och aktiverar pro-överlevnadssignaler, beroende på effektorerna AvrA respektive SopB.

Induktion av celldöd. I motsats till hämning av apoptos verkar flera effektorer inducera programmerad celldöd. Till exempel inducerar EHEC-effektorer EspF, EspH och Cif apoptos.

Inflammatorisk respons . Mänskliga celler har receptorer som känner igen patogenassocierade molekylära mönster (PAMP). När bakterier binder till dessa receptorer aktiverar de signalkaskader som NF-kB- och MAPK-vägarna . Detta leder till uttryck av cytokiner , immunmodulerande medel, såsom interleukiner och interferoner som reglerar immunsvaret mot infektion och inflammation . Flera bakteriella effektorer påverkar NF-kB-signalering. Till exempel är EPEC/EHEC-effektorerna NleE, NleB, NleC, NleH och Tir immunhämmande effektorer som riktar sig mot proteiner i NF-kB-signalvägen. NleC har visat sig klyva NF-kB p65-subenheten (RelA), vilket blockerar produktionen av IL-8 efter infektion. NleH1, men inte NleH2, blockerar translokation av NF-kB in i kärnan. Tir-effektorproteinet hämmar cytokinproduktionen. På liknande sätt riktar YopE, YopP och YopJ (i Yersinia enterocolitica , Yersinia pestis respektive Yersinia pseudotuberculosis ) NF-kB-vägen. YopE hämmar aktiveringen av NF-kB, vilket delvis förhindrar produktionen av IL-8. YopJ-familjens medlemmar är acetyltransferaser som modifierar lysin-, serin- eller treoninrester med en acetylgrupp , vilket leder till proteinaggregation, blockering av fosforylering eller hämning av ATP-bindning. I växter kan denna typ av proteinacetylering avlägsnas genom aktivitet av SOBER1/TIPSY1 deacetylasfamiljen.

Databaser och onlineresurser

EffectiveDB – En databas med förutspådda bakteriella effektorer. Inkluderar en interaktiv server för att förutsäga effektorer.
Bakteriella effektorproteiner och deras domäner/motiv (från Paul Deans labb)
T3DB – En databas med Type 3 Secretion System (T3SS) proteiner
T3SE – T3SS Databas
BEAN 2.0: en integrerad webbresurs för identifiering och funktionell analys av typ III utsöndrade effektorer