- Ultrastructure du flagelle et mobilité
- Structure de la flagelline
- Croissance du filament flagellaire chez les bactéries
- La flagelline comme activateur du système immunitaire
- Flagelline et plantes
- Flagelline comme adjuvant
- Autres utilisations de la flagelline
- Références
La flagelline est une protéine du filament, qui est une structure qui fait partie du flagelle des bactéries. La grande majorité des bactéries n'ont qu'un seul type de flagelline. Cependant, certains en ont plus de deux.
La taille moléculaire de cette protéine varie entre 30 kDa et 60 kDa. Par exemple, chez les Enterobacteriaceae, sa taille moléculaire est grande, tandis que chez certaines bactéries d'eau douce, elle est petite.
Source: Installation de microscope électronique de Dartmouth, Dartmouth College
La flagelline est un facteur de virulence qui permet l'adhésion et l'invasion des cellules hôtes. De plus, c'est un puissant activateur de nombreux types de cellules impliquées dans la réponse immunitaire innée et adaptative.
Ultrastructure du flagelle et mobilité
Le flagelle est ancré à la surface cellulaire. Il se compose de trois parties: 1) le filament, qui s'étend depuis la surface de la cellule et est une structure cylindrique creuse et rigide; 2) le corps basal, qui est noyé dans la paroi cellulaire et les couches membranaires, formant plusieurs anneaux; et 3) le crochet, une structure courbée courte qui relie le corps basal au filament.
Le corps basal est la partie la plus complexe du flagelle. Chez les bactéries à Gram négatif, il a quatre anneaux connectés à une colonne centrale. En gram positif, il a deux anneaux. Le mouvement de rotation du flagelle se produit dans le corps basal.
L'emplacement des flagelles à la surface des bactéries varie considérablement d'un organisme à l'autre et peut être: 1) monotérique, avec un seul flagelle; 2) polaire, avec deux ou plus; ou 3) péritriches, avec de nombreux flagelles latéraux. Il existe également des endoflagelles, comme dans les spirochètes, qui sont situées dans l'espace périplasmique.
Helicobacter pylori est très mobile car il possède six à huit flagelles unipolaires. Un gradient de pH à travers le mucus permet à H. pylori de s'orienter et de s'établir dans une zone adjacente aux cellules épithéliales. Pseudomonas a un flagelle polaire, qui présente un chimiotactisme des sucres et est associé à la virulence.
Structure de la flagelline
Une caractéristique frappante de la séquence de la protéine flagelline est que ses régions N-terminale et C-terminale sont hautement conservées, tandis que la région centrale est très variable entre les espèces et sous-espèces du même genre. Cette hypervariabilité est responsable de centaines de sérotypes de Salmonella spp.
Les molécules de flagelline interagissent les unes avec les autres à travers les régions terminales et se polymérisent pour former un filament. En cela, les régions terminales sont situées vers l'intérieur de la structure cylindrique du filament, tandis que la centrale est exposée vers l'extérieur.
Contrairement aux filaments de tubuline qui se dépolymérisent en l'absence de sels, ceux des bactéries sont très stables dans l'eau. Environ 20 000 sous-unités de tubuline forment un filament.
Deux types de flagelline polymérisent dans le filament de H. pylori et Pseudomonas aeruginosa: FlaA et FlaB, codés par le gène fliC. Les FlaAs sont hétérogènes et se subdivisent en plusieurs sous-groupes, avec des masses moléculaires variant entre 45 et 52 kDa. FlaB est homogène avec une masse moléculaire de 53 kDa.
Souvent, les résidus de lysine des flagellines sont méthylés. Par ailleurs, il existe d'autres modifications telles que la glycosylation de FlaA et la phosphorylation des résidus tyrosine de FlaB, dont les fonctions sont respectivement la virulence et l'exportation du signal.
Croissance du filament flagellaire chez les bactéries
Le fléau des bactéries peut être éliminé expérimentalement et sa régénération peut être étudiée. Les sous-unités de flagelline sont transportées à travers la région interne de cette structure. Lorsqu'elles atteignent l'extrême, les sous-unités sont ajoutées spontanément à l'aide d'une protéine («cap protein») appelée HAP2 ou FliD.
La synthèse du filament se fait au moyen de son propre assemblage; c'est-à-dire que la polymérisation de la flagelline ne nécessite pas d'enzymes ou de facteurs.
Les informations pour l'assemblage du filament se trouvent dans la sous-unité elle-même. Ainsi, les sous-unités de flagelline polymérisent pour former onze protofilaments, qui en forment un complet.
La synthèse de la flagelline de P. aeruginosa et Proteus mirabilis est inhibée par des antibiotiques tels que l'érythromycine, la clarithromycine et l'azithromycine.
La flagelline comme activateur du système immunitaire
Les premières études ont démontré que la flagelline, à des concentrations sous-nanomolaires, de Salmonella, est un puissant inducteur de cytokines dans une lignée cellulaire promonocytaire.
Par la suite, il a été montré que l'induction de la réponse pro-inflammatoire implique une interaction entre la flagelline et les récepteurs de surface des cellules du système immunitaire inné.
Les récepteurs de surface qui interagissent avec la flagelline sont du type toll-5 (TLR5). Par la suite, des études avec la flagelline recombinante ont montré que, lorsqu'elle manquait de région hypervariable, elle était incapable d'induire une réponse immunitaire.
Les TLR5 sont présents dans les cellules du système immunitaire, telles que les lymphocytes, les neutrophiles, les monocytes, les macrophages, les cellules dendritiques, les cellules épithéliales et les ganglions lymphatiques. Dans l'intestin, TLR5 régule la composition du microbiote.
Les bactéries à Gram négatif utilisent généralement le système de sécrétion de type III pour transloquer la flagelline dans le cytoplasme de la cellule hôte, déclenchant une série d'événements intracellulaires. Ainsi, la flagelline dans le milieu intracellulaire est reconnue par les protéines de la famille NAIP (une famille des protéines inhibitrices de l'apoptose / NLR).
Par la suite, le complexe flagelline-NAIP5 / 6 interagit avec le récepteur de type NOD, qui génère la réponse de l'hôte à l'infection et aux dommages.
Flagelline et plantes
Les plantes reconnaissent cette protéine via une voie de détection de la flagelline 2 (FLS2). Ce dernier est un récepteur kinase riche en répétitions de leucine et est homologue au TLR5. FLS »interagit avec la région N-terminale de la flagelline.
La liaison de la flagelline à FLS2 produit la phosphorylation de la voie MAP kinase, qui culmine dans la synthèse de protéines qui assurent la protection contre l'infection par les champignons et les bactéries.
Dans certaines plantes de morelle, la flagelline peut également se lier au récepteur FLS3. De cette manière, ils se protègent contre les agents pathogènes qui échappent à la défense médiatisée par FLS2.
Flagelline comme adjuvant
Un adjuvant est un matériau qui augmente la réponse cellulaire ou humorale à un antigène. Étant donné que de nombreux vaccins produisent une mauvaise réponse immunitaire, de bons adjuvants sont nécessaires.
De nombreuses études ont démontré l'efficacité de la flagelline comme adjuvant. Ces recherches ont consisté à utiliser de la flagelline recombinante dans des vaccins, évalués à l'aide de modèles animaux. Cependant, cette protéine n'a pas encore réussi la phase I des essais cliniques.
Parmi les flagellines recombinantes étudiées figurent: la flagelline - épitope 1 de l'hématoglutinine du virus de la grippe; flagelline-épitope de Schistosoma mansoni; flagelline - toxine thermostable d'E. coli; flagelline - protéine de surface Plasmodium 1; et flagelline - protéine d'enveloppe du virus du Nil, entre autres recombinants.
L'utilisation de la flagelline comme adjuvant dans les vaccins à usage humain présente certains avantages. Ces avantages sont les suivants:
1) Il est efficace à de très faibles doses.
2) Ils ne stimulent pas la réponse IgE.
3) La séquence d'un autre adjuvant, Ag, peut être insérée dans la séquence de la flagelline sans affecter la voie de signalisation de la flagelline via TLR5.
Autres utilisations de la flagelline
Étant donné que les gènes de la flagelline présentent de grandes variations, ils peuvent être utilisés pour des détections spécifiques, ou pour l'identification d'espèces ou de souches.
Par exemple, la combinaison PCR / RFLP a été utilisée pour étudier la distribution et le polymorphisme des gènes de flagelline dans les isolats d'E. Coli d'Amérique du Nord.
Références
- Hajam, IA, Dar, PA, Shahnawaz, I., Jaume, JC, Lee, JH 2017. Flagelline bactérienne - un puissant agent immunomodulateur. Médecine expérimentale et moléculaire, 49, e373.
- Kawamura-Sato, K., Inuma, Y., Hasegawa, T., Horii, T., Yamashino, T., Ohta, M. 2000. Effet des concentrations subinhibitoires de macrolides sur l'expression de la flagelline chez Pseudomonas aeruginosa et Proteus mirabilis. Agents antimicrobiens et chimiothérapie, 44: 2869-2872.
- Mizel, SB, Bates, JT 2010. Flagelline comme adjuvant: mécanismes cellulaires et potentiel. Journal of Immunology, 185, 5677-5682.
- Prescott, LM, Harley, JP, Klain, SD 2002. Microbiologie. Mc Graw-Hill, New York.
- Schaechter, M. 2009. L'encyclopédie de bureau de la microbiologie. Academic Press, San Diego.
- Winstanley, C., Morgan, AW 1997. Le gène de la flagelline bactérienne comme biomarqueur pour la détection, la génétique des populations et l'analyse épidémiologique. Microbiology, 143, 3071-3084.