Sistema de secreción tipo II - Type II secretion system

El sistema de secreción de tipo 2 (a menudo denominado sistema de secreción de tipo II o T2SS ) es una maquinaria de secreción de proteínas que se encuentra en varias especies de bacterias gramnegativas , incluidos varios patógenos humanos como Pseudomonas aeruginosa y Vibrio cholerae . El sistema de secreción de tipo II es uno de los seis sistemas de secreción de proteínas que se encuentran comúnmente en las bacterias gram negativas junto con el sistema de secreción de tipo I , el sistema de secreción de tipo III , el sistema de secreción de tipo IV , la vía chaperona / ujier , la vía del autotransportador / sistema de secreción de tipo V y sistema de secreción de tipo VI (algunas bacterias también utilizan el sistema de secreción de tipo VII ). Al igual que estos otros sistemas, el sistema de secreción de tipo II permite el transporte de proteínas citoplásmicas a través de las bicapas lipídicas que forman las membranas celulares en las bacterias gram negativas.

Visión general

El sistema de secreción de tipo II es un complejo proteico unido a la membrana que se encuentra en las bacterias gramnegativas y que se utiliza para secretar proteínas que se encuentran en el citoplasma de las bacterias hacia el espacio extracelular fuera de la célula. El sistema de secreción de tipo II es solo uno de los muchos sistemas de secreción que se encuentran en las bacterias gramnegativas y se utiliza para secretar una variedad de proteínas diferentes, incluidas las toxinas bacterianas y las enzimas degradantes como las proteasas y las lipasas . Estas proteínas secretadas generalmente están asociadas con la descomposición de los tejidos del huésped y, por lo tanto, a menudo son importantes para causar los síntomas asociados con ciertas infecciones bacterianas . Cada célula bacteriana contendrá varios sistemas de secreción de tipo II y estos se encuentran incrustados en las membranas internas y externas de la célula.

Junto con otros sistemas secretores, como la vía chaperona / ujier y el sistema de secreción de tipo IV, la secreción a través del sistema de secreción de tipo II es un proceso de dos pasos. El primer paso involucra las vías secretoras de Sec y Tat que son responsables de transportar proteínas a través de la membrana interna hacia el periplasma . Por ejemplo, la vía Sec se utiliza para transportar componentes estructurales del sistema de secreción de tipo II al periplasma donde luego pueden ensamblarse, mientras que las vías Sec y Tat se utilizan para transportar proteínas secretoras al periplasma. Una vez que estas proteínas secretoras están en el periplasma, puede tener lugar el segundo paso y son secretadas fuera de la célula a través del sistema de secreción de tipo II.

Estructura

En general, el sistema de secreción de tipo II es una gran maquinaria multiproteína, formada por varias subunidades de proteínas distintas conocidas como proteínas secretoras generales (GSP). Los genes que codifican estos GSP se encuentran generalmente juntos en el genoma en un solo operón y muchos de estos genes se superponen. Cada gen se nombra con una letra correspondiente al GSP que codifica (por ejemplo, el gen gspD codifica GspD) y los estudios indican que entre 12 y 15 de estos genes son esenciales para la función del sistema de secreción de tipo II. Los GSP son comunes entre varias especies bacterianas diferentes y cuando se unen forman un complejo que es estructuralmente muy similar al pili de tipo IV , un apéndice que también se encuentra comúnmente en las bacterias gram negativas. En general, el sistema de secreción de tipo II se puede dividir en cuatro componentes principales. Estos son el complejo de la membrana externa, el complejo de la membrana interna, la secreción de ATPasa y el pseudopilus.

Complejo de membrana externa

El complejo de la membrana externa está compuesto en gran parte por la secretina GspD. Las secretinas son barriles β que se encuentran en la membrana donde forman canales que permiten que las sustancias entren o salgan de las células. En el sistema de secreción de tipo II, la GspD crea un poro en la membrana externa de la célula bacteriana a través del cual se pueden secretar proteínas. Como resultado, la GspD es esencial para el correcto funcionamiento del sistema porque sin ella las proteínas secretoras no pueden salir de la célula. La GspD se transporta al periplasma a través del translocón Sec y luego se inserta en la membrana externa. Sin embargo, esta inserción no es espontánea y a menudo depende de la maquinaria de ensamblaje de barril β que asegura que las proteínas de barril β se pliegan correctamente antes de la inserción en la membrana.

La GspD a menudo se encuentra asociada con la lipoproteína GspS. GspS también se transporta al periplasma utilizando la maquinaria de translocación Sec, en cuyo punto se inserta en la capa interna de la membrana externa donde permanece estrechamente asociada con GspD. Se cree que GspS juega un papel importante en la estabilización de la secretina GspD y ayuda a prevenir su degradación en presencia de enzimas periplásmicas altamente degradantes .

Complejo de membrana interna

El complejo de la membrana interna está formado por varias proteínas Gsp diferentes que están incrustadas en la membrana interna. Al igual que la secretina GspD de la membrana externa, estas proteínas se transportan al periplasma a través de la vía de translocación de Sec antes de insertarse en la membrana interna. Cuatro proteínas diferentes forman el complejo de la membrana interna; estos son GspC, GspF, GspL y GspM.

Cada una de estas subunidades individuales desempeña un papel ligeramente diferente. Se ha demostrado que GspC, por ejemplo, interactúa con GspD. Esta interacción ayuda a abrir el sistema de secreción de tipo II y solo cuando esta puerta está abierta, las proteínas secretoras pueden ingresar al sistema y ser bombeadas fuera de la célula. Es importante destacar que, cuando se asocian entre sí, GspC, GspL y GspM ayudan a protegerse mutuamente de las enzimas proteolíticas que, de otro modo, las degradarían. A diferencia de las otras proteínas que forman el complejo de la membrana interna, la GspF es una proteína transmembrana de múltiples pasos y puede desempeñar un papel en la unión de la ATPasa de secreción. Sin embargo, se sabe que GspL forma interacciones estrechas con la secreción de ATPasa y estas son necesarias para mantenerla en estrecha asociación con el resto del complejo de la membrana interna.

ATPasa de secreción

La secreción ATPasa, GspE, es una ATPasa que se encuentra estrechamente asociada con el complejo de la membrana interna en el lado citoplasmático de la membrana interna. GspE pertenece a la familia de ATPasa de secreción de tipo II / tipo IV. Las ATPasas que pertenecen a esta familia tienen una estructura hexamérica distinta . Cada subunidad individual del hexámero tiene 3 dominios principales . Estos son 2 dominios N-terminales separados llamados N1D y N2D que están separados por una región de enlace corta y un solo dominio C-terminal denominado CTD. El CTD, a su vez, está formado por 3 subdominios, uno de los cuales es un dominio de unión a nucleótidos . Es este dominio de unión de nucleótidos, que está presente en cada una de las 6 subunidades del hexámero, el responsable de la unión de ATP . Los otros 2 dominios que componen el CTD, un dominio de cuatro hélices y un dominio de unión a metales, ayudan a catalizar la hidrólisis del ATP unido. Esta hidrólisis de ATP se utiliza para impulsar el ensamblaje y desensamblaje del pseudopillus, que es lo que impulsa la secreción a través del sistema de secreción de tipo II. Como resultado, el sistema no puede funcionar sin GspE. Los dominios N-terminales N1D y N2D forman las interacciones con el complejo de la membrana interna que ayudan a mantener la secreción de ATPasa en estrecha asociación con el resto del sistema de secreción de tipo II. El dominio N2D no se comprende completamente, pero las observaciones muestran que es el N1D el responsable de formar las interacciones estrechas que se observan con la subunidad del complejo de la membrana interna GspL.

Pseudopilus

El pseudopilus se encuentra en el periplasma pero no se extiende a través de la secretina GspD hacia el medio extracelular. Su nombre se deriva del hecho de que está compuesto por una serie de proteínas de tipo pilina o pseudopilinas, conocidas como GspG, GspH, GspI, GspJ y GspK. Se les conoce como pseudopilinas debido a su similitud con las pilinas (como PilA) que forman las pili de tipo IV que se encuentran en las bacterias gram negativas. Al igual que sus contrapartes, las pseudopilinas se producen inicialmente en forma inmadura. Estas pre-pseudopilinas consisten en una secuencia señal N-terminal que dirige las proteínas al translocón Sec y un dominio pasajero C-terminal largo que codifica la propia proteína pseudopilina real. Una vez que la maquinaria Sec ha transportado la pre-pseudopilina a través de la membrana interna, pero antes de que la proteína misma se libere en el periplasma, la secuencia señal N-terminal se escinde en un tramo conservado de residuos de aminoácidos cargados positivamente . Esta escisión es catalizada por la señal peptidasa GspO y el resultado final es la eliminación de la secuencia señal N-terminal y la formación de una pseudopilina madura. La GspO se inserta en la membrana interna y a menudo está estrechamente asociada con la maquinaria del sistema de secreción de tipo II. Las pilinas y pseudopilinas maduras tienen una estructura en forma de piruleta, formada por una larga cola hidrófoba y un dominio de cabeza hidrófilo globular . Una vez en el periplasma en su estado maduro, las pseudopilinas a menudo se insertan en la valva externa de la membrana interna a través de sus colas hidrófobas.

La principal pseudopilina presente en el pseudopilus es GspG. El pseudopilus se forma cuando las subunidades individuales de pseudopilina se polimerizan juntas. En esta reacción, las colas hidrofóbicas de diferentes pseudopilinas se engranan dejando expuestas sus cabezas hidrofílicas globulares. Estas largas colas hidrofóbicas pueden agregarse juntas de esta manera debido a fuertes interacciones hidrofóbicas y el resultado final es que el pseudopilus crece de manera constante. El ensamblaje y desensamblaje de estas subunidades pseudopilus está impulsado por la secreción ATPasa GspE. Se cree que esta constante extensión y retracción del pseudopilus hace que actúe como un pistón y empuje las proteínas secretoras hacia afuera a través de la secretina de la membrana externa. Cuando el pseudopilus luego se retrae, las nuevas proteínas secretoras pueden ingresar al sistema y el proceso se repetirá. Este movimiento del pseudopilus es similar al movimiento mostrado por los pili de tipo IV, que se sabe que permite la motilidad de contracciones .

Diagrama que muestra el sistema de secreción de tipo II

Mecanismo

La secreción de proteínas a través del sistema de secreción de tipo II se produce de una manera muy específica y es en gran medida uniforme entre las diferentes especies de bacterias. Este mecanismo se puede dividir en varios pasos:

1. Las exoproteínas, o proteínas que se secretarán, se transportan primero a través de la membrana interna y al periplasma a través de la maquinaria de translocación de Sec. Estas exoproteínas existirán aquí en la secreción de periplasma hasta que se active el sistema de secreción de tipo II.
2. Las pre-pseudopilinas también se transportan desde el citoplasma al periplasma a través de la maquinaria de translocación Sec. Una vez en el periplasma, son escindidas por la pre-pilina peptidasa GspO y se convierten en pseudopilinas maduras. Las pseudopilinas maduras pueden insertarse en la membrana interna donde existirán hasta que se produzca el ensamblaje del pseudopilus.
3. La secreción de ATPasa GspE se unirá e hidrolizará el ATP y la energía producida se utilizará para impulsar la formación del pseudopilus. GspE se encuentra en el citoplasma pero permanece asociada con el complejo de la membrana interna a través de interacciones con GspL y GspF.
4. Cuando se activa, las exoproteínas transportadas previamente al periplasma pueden ingresar a la maquinaria de secreción. No se comprende completamente cómo se seleccionan estas exoproteínas, pero se cree que la interacción entre GspC y GspD juega un papel importante.
5. El ensamblaje del pseudopilus obliga a las exoproteínas a salir a través de la secretina GspD y al medio extracelular. Esta secretina forma un canal hidrófilo en la membrana externa que permite que las proteínas salgan de la célula.
6. Una vez fuera de la célula, las exoproteínas secretadas pueden llevar a cabo los efectos deseados. Algunos de estos, por ejemplo, pueden estar involucrados en la señalización y otros pueden actuar como factores de virulencia que ayudan a promover la infección.

Se cree que la detección de quórum juega un papel clave en el control de la activación del sistema de secreción de tipo II y el inicio de la liberación de exoproteínas. Específicamente, la detección de quórum ayuda a regular la transcripción de los genes que codifican estas exoproteínas y asegura que solo se produzcan cuando otras bacterias similares están cerca y las condiciones ambientales son propicias para la supervivencia y la infección.

Referencias