Curli
Una fibra extracelular proteínica producida por bacterias entéricas.
Canal de secreción de Curli
Identificadores
OrganismoEscherichia coli (cepa K12), Salmonella spp.
SímboloCsgG
Entre945619
AP3x2r
RefSeq (ARNm)NC_000913.3
Secuencia de referencia (protección)NP_415555.1
Protección unificadaP0AEA2
Otros datos
CromosomaGenómica: 1,1 - 1,1 Mb
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EstructurasModelo suizo
DominiosInterprofesional
Híbridos de curli terapéuticos asociados a probióticos (PATCH) [1]

La proteína Curli es un tipo de fibra amiloide producida por ciertas cepas de enterobacterias . Son fibras extracelulares ubicadas en bacterias como E. coli y Salmonella spp. [2] Estas fibras sirven para promover el comportamiento de la comunidad celular a través de la formación de biopelículas en la matriz extracelular . Los amiloides están asociados con varias enfermedades neurodegenerativas humanas como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Huntington, la enfermedad de Parkinson y las enfermedades priónicas. [2] [3] El estudio de curli puede ayudar a comprender las enfermedades humanas que se cree que surgen de la formación inadecuada de fibras amiloideas. [2] Los pili de curli generalmente se ensamblan a través de la vía de precipitación de nucleación extracelular. [4]

Biosíntesis y regulación de genes

Una forma conveniente de identificar genes importantes para la producción de curli es mediante el cultivo de bacterias curli en placas suplementadas con colorante diazo rojo Congo, que causa un desplazamiento hacia el rojo. [5] Las fibras de curli, y por lo tanto la proteína curli, están codificadas por dos operones transcritos de forma divergente en E. coli: los operones csgBAC y csgDEFG. En total, estos operones codifican al menos siete proteínas. Los operones agfBA y agfDEFG, que se han identificado en Salmonella spp., son homólogos a los operones csgBAC y csgDEFG. [6] [7] El operón csgBAC es responsable de la codificación de las tres proteínas CsgB, CsgA y CsgC, todas responsables de la formación de la subunidad principal dentro de la fibra de curli o de la inhibición de la misma. [7] El operón csgDEFG codifica las proteínas CsgD, CsgE, CsgF y CsgG, y es responsable del ensamblaje, la translocación y la regulación de la proteína curli. [7]

CsgD es un regulador transcripcional positivo del operón csgBAC, pero no regula su propia expresión. El operón csgBA codifica la subunidad estructural principal de curli, CsgA, así como la proteína nucleadora, CsgB. Aún se necesita realizar más investigación para ver qué estimula la expresión o actividad de CsgD, pero algunas evidencias sugieren que su activación es causada por la fosforilación de un residuo de ácido aspártico del dominio receptor N-terminal. Dado que CsgD debe estar presente para la actividad del promotor csgBA, se sugiere que los reguladores de la expresión de CsgD también influyen en la expresión de csgBA. [2]

Existen muchas señales ambientales que influyen en la expresión del gen curli. Desde hace tiempo se cree que el crecimiento bacteriano a una temperatura inferior a 30 °C promueve la expresión del gen curli. [2] Sin embargo, ahora se sabe que la expresión del gen curli es específica de la cepa y de la condición. Por ejemplo, las mutaciones en el promotor CsgD pueden dar lugar a la expresión del gen curli a 37 °C. [8] Además, cuando hay falta de sal y nutrientes como nitrógeno, fosfato o hierro, se estimula la expresión del gen curli. [2]

Funciones

Los amiloides se han relacionado con enfermedades como el Alzheimer, el Parkinson, el Huntington, el lupus, entre muchas otras. [7] [9] La proteína curli se considera un PAMP ( patrón molecular asociado a patógenos ); su estructura de lámina β es reconocida en el sistema inmune innato y activa el TLR2 (Toll-Like Receptor 2). [7] Esto luego provoca una respuesta descendente al producir una respuesta proinflamatoria donde se reclutan citocinas y quimiocinas proinflamatorias para iniciar la respuesta inflamatoria. [7]

Sin embargo, el curli tiene funciones adicionales (por lo que se lo denomina "amiloide funcional" [9] ), incluido el de ser un componente principal en la biopelícula generada por bacterias gramnegativas como E. coli y Salmonella spp. [6] [7] [9] Estas biopelículas permiten que las bacterias gramnegativas colonicen mejor un entorno determinado, lo que las protege del estrés oxidativo y la deshidratación. [6] [7] Sin embargo, estas biopelículas son motivo de gran preocupación. Dado que estas biopelículas permiten que las bacterias sobrevivan a los estresores químicos y físicos dentro de su entorno, no solo hacen que los pacientes sean más susceptibles a la infección cuando usan aparatos compartidos, sino que se ha demostrado que el curli y otras biopelículas reducen la respuesta inmunitaria y los antimicrobianos de los individuos infectados. [6] Las proteínas y las biopelículas del curli son muy resistentes a los estresores químicos hasta un punto en el que se requiere un pretratamiento más fuerte para que el curli se degrade o se disuelva en dodecil sulfato de sodio ( SDS ). [6]

Las fibras de Curli que se crean están involucradas en muchos tipos y funciones diferentes en la célula, como la agregación celular, actúan como adhesivo para diferentes proteínas en la superficie de la célula, se utilizan en la formación de biopelículas de ciertas bacterias y contienen sustancias químicas para la detección de quórum, así como también juegan un papel importante en la respuesta inflamatoria en individuos. [10] La formación de Curli también debe estar fuertemente regulada ya que su acumulación conduce a agregaciones de proteínas similares a amiloide en el organismo, lo que conduce a la destrucción de la vía e interfiere con la señalización celular. [11]

Estructura

Los componentes principales (subunidades) de la proteína curli consisten en las proteínas CsgA y CsgB.

CsgA

La CsgA es la subunidad principal de la proteína curli y pesa aproximadamente 13,1 kilodalton. Esta proteína consta de tres dominios que tienen tendencia a agregarse y formar fibrillas amiloides: un único péptido, una secuencia N-terminal de 22 aminoácidos (utilizada para la secreción) y un dominio central amiloide en la secuencia C-terminal. [6] [9] El dominio central amiloide está compuesto por 5 secuencias repetidas (aunque no exactas) que giran alrededor de la secuencia: Ser-X 5 -Gln-X-Gly-X-Gly-Asn-X-Ala-X 3 -Gln. [9] Esta secuencia repetida es la subunidad característica que forma su lámina β agregable . [9]

CsgB

La CsgB, también conocida como subunidad menor, es necesaria para la nucleación y organización de la CsgA en una fibra rizada en las superficies celulares. [7] La ​​CsgB tiene una secuencia repetitiva muy similar a la de la CsgA, con la excepción de que una de las 5 secuencias repetitivas contiene aminoácidos adicionales: Lys133, Arg140, Arg14 y Arg151. [6] Este cambio en la subunidad final (conocida como subunidad R5) es necesario. Sin la presencia de la subunidad R5, o los cambios dentro de la subunidad, la CsgA se secreta de la célula en una forma no polimerizada y no puede formarse adecuadamente en las superficies celulares. [6] [9]

CsgC

Recientemente se descubrió que la subunidad CsgC impide la agregación y polimerización de la proteína CsgA. Sin ella, existe la posibilidad de formación de fibrillas amiloides e incluso de muerte celular. [7] Varios experimentos que aislaron CsgC de las subunidades CsgA y CsgB hicieron que CsgA se agregara en fibrillas, lo que posiblemente podría conducir a efectos posteriores como los observados en enfermedades como el Alzheimer. [6] La proporción molar necesaria para que CsgC inhiba a CsgA es de 1:500, lo que significa que solo se necesita 1 proteína CsgC para inhibir que 500 proteínas CsgA formen estructuras de fibrillas amiloides. [6] [12] Por lo tanto, se plantea la hipótesis de que CsgC se considera una chaperona, ya que evita una mayor nucleación de CsgA y permite que CsgA se forme en su estructura adecuada en lugar de agregarse. [6]

Referencias

  1. ^ Praveschotinunt P, Duraj-Thatte AM, Gelfat I, Bahl F, Chou DB, Joshi NS (diciembre de 2019). "E. coli Nissle 1917 diseñada para la administración de dominios terapéuticos unidos a la matriz al intestino". Nature Communications . 10 (1): 5580. Bibcode :2019NatCo..10.5580P. doi :10.1038/s41467-019-13336-6. PMC  6898321 . PMID  31811125.
  2. ^ abcdef Barnhart MM, Chapman MR (2006). "Biogénesis y función de Curli". Revisión anual de microbiología . 60 : 131–147. doi :10.1146/annurev.micro.60.080805.142106. PMC 2838481. PMID  16704339. 
  3. ^ Chapman MR, Robinson LS, Pinkner JS, Roth R, Heuser J, Hammar M, et al. (febrero de 2002). "El papel de los operones de Escherichia coli curli en la dirección de la formación de fibras amiloides". Science . 295 (5556): 851–855. Bibcode :2002Sci...295..851C. doi :10.1126/science.1067484. PMC 2838482 . PMID  11823641. 
  4. ^ Hammar M, Bian Z, Normark S (junio de 1996). "Ensamblaje intercelular dependiente del nucleador de organelos curli adhesivos en Escherichia coli". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 93 (13): 6562–6566. Bibcode :1996PNAS...93.6562H. doi : 10.1073/pnas.93.13.6562 . PMC 39064 . PMID  8692856. 
  5. ^ Collinson SK, Doig PC, Doran JL, Clouthier S, Trust TJ, Kay WW (enero de 1993). "Las fimbrias delgadas y agregativas median la unión de Salmonella enteritidis a la fibronectina". Journal of Bacteriology . 175 (1): 12–18. doi :10.1128/jb.175.1.12-18.1993. PMC 196092 . PMID  8093237. 
  6. ^ abcdefghijk Van Gerven N, Klein RD, Hultgren SJ, Remaut H (noviembre de 2015). "Formación de amiloide bacteriano: perspectivas estructurales sobre la biogénesis de curli". Tendencias en microbiología . 23 (11): 693–706. doi :10.1016/j.tim.2015.07.010. PMC 4636965 . PMID  26439293. 
  7. ^ abcdefghij Tursi SA, Tükel Ç (diciembre de 2018). "Biopelículas entéricas que contienen Curli por dentro y por fuera: composición de la matriz, reconocimiento inmunológico e implicaciones para la enfermedad". Microbiology and Molecular Biology Reviews . 82 (4): e00028–18, /mmbr/82/4/e00028–18.atom. doi :10.1128/MMBR.00028-18. PMC 6298610 . PMID  30305312. 
  8. ^ Uhlich GA, Keen JE, Elder RO (mayo de 2001). "Mutaciones en el promotor csgD asociadas con variaciones en la expresión de curli en ciertas cepas de Escherichia coli O157:H7". Microbiología aplicada y ambiental . 67 (5): 2367–2370. Bibcode :2001ApEnM..67.2367U. doi :10.1128/AEM.67.5.2367-2370.2001. PMC 92880 . PMID  11319125. 
  9. ^ abcdefg Evans ML, Chapman MR (agosto de 2014). "Biogénesis de Curli: orden a partir del desorden". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1843 (8): 1551–1558. doi :10.1016/j.bbamcr.2013.09.010. PMC 4243835 . PMID  24080089. 
  10. ^ Botyanszki, Zsofia; Tay, Pei Kun R.; Nguyen, Peter Q.; Nussbaumer, Martin G.; Joshi, Neel S. (octubre de 2015). "Biopelículas catalíticas diseñadas: inmovilización de enzimas específicas del sitio sobre nanofibras de E. coli curli: biopelículas catalíticas utilizando fibras curli diseñadas". Biotecnología y bioingeniería . 112 (10): 2016–2024. doi : 10.1002/bit.25638 . PMID  25950512. S2CID  9350467.
  11. ^ Evans, Margery L.; Chapman, Matthew R. (agosto de 2014). "Biogénesis de Curli: orden a partir del desorden". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1843 (8): 1551–1558. doi :10.1016/j.bbamcr.2013.09.010. ISSN  0006-3002. PMC 4243835 . PMID  24080089. 
  12. ^ Evans ML, Chorell E, Taylor JD, Åden J, Götheson A, Li F, et al. (febrero de 2015). "El sistema curli bacteriano posee un inhibidor potente y selectivo de la formación de amiloide". Molecular Cell . 57 (3): 445–455. doi :10.1016/j.molcel.2014.12.025. PMC 4320674 . PMID  25620560. 

Lectura adicional

  • Dema B, Charles N (enero de 2016). "Autoanticuerpos en LES: especificidades, isotipos y receptores". Antibodies . 5 (1): 2. doi : 10.3390/antib5010002 . PMC  6698872 . PMID  31557984.
  • Gallo PM, Rapsinski GJ, Wilson RP, Oppong GO, Sriram U, Goulian M, et al. (junio de 2015). "Compuestos de amiloide y ADN de biopelículas bacterianas estimulan la autoinmunidad". Inmunidad . 42 (6): 1171–1184. doi :10.1016/j.immuni.2015.06.002. PMC  4500125 . PMID  26084027.
  • Kono DH, Baccala R, Theofilopoulos AN (diciembre de 2013). "TLR e interferones: un paradigma central en la autoinmunidad". Current Opinion in Immunology . 25 (6): 720–727. doi :10.1016/j.coi.2013.10.006. PMC  4309276 . PMID  24246388.
  • Tursi SA, Lee EY, Medeiros NJ, Lee MH, Nicastro LK, Buttaro B, et al. (Abril de 2017). "El curli amiloide bacteriano actúa como portador de ADN para provocar una respuesta autoinmune a través de TLR2 y TLR9". Más patógenos . 13 (4): e1006315. doi : 10.1371/journal.ppat.1006315 . PMC  5406031 . PMID  28410407.
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