Protein indukcije sklapanja aktina (ActA) je protein kodiran i korišten okod vrste Listeria monocytogenes da se probije kroz ćeliju domaćina sisara . ActA je bakterijski površinski protein koji se sastoji od regije koja se proteže kroz membranu. U ćeliji sisara, bakterijski ActA stupa u interakciju s Arp2/3 kompleksom i aktinskih monomera, kako bi inducirao polimerizaciju aktina na površini bakterije, stvarajući aktinski kometni rep. Gen koji kodira ActA naziva se actA ili prtB.Uniprot P33379

Pregled Čim se bakterije L. monocytogenes progutaju, one se internaliziraju u ćelije crijevnog epitela i brzo pokušavaju pobjeći iz svoje vakuolske internalizacije. U citosolu počinju da polimeriziraju aktin na svojoj površini, uz pomoć ActA proteina. Pokazalo se da ActA nije samo neophodan već i dovoljan da indukuje pokretljivost bakterija u odsustvu drugih bakterijskih faktora.

Otkriće ActA je otkriven analizom lecitinaza-negativnih Tn917-lac mutanata listerije zbog fenotipa da se nisu mogli širiti sa ćelije na ćeliju. Ove mutirane bakterije i dalje su pobjegle iz fagosoma jednako učinkovito kao bakterije divljeg tipa i razmnožavale se unutar zaraženih ćelija, ali nisu bile okružene aktinom kao bakterije divljeg tipa. Dalja analiza je pokazala da je Tn917-lac umetnut u actA, drugi gen operona. Treći gen ovog operona, plcB, kodira L. monocytogenes lecitinaza. Da bi se utvrdilo jesu li sam actA, plcB ili drugi kotranskribovani nizvodni regioni uključeni u sastavljanje aktina, generirane su mutacije u odgovarajućim genima. Svi mutanti osim mutanata actA bili su slični divljem tipu u pogledu povezanosti s F-aktinom i širenjem ćelija. Komplementacija sa actA obnovila je fenotip divljeg tipa u actA mutantima.

Funkcija thumb|300px| Sklapanje aktina izazvano bakterijskim proteinom ActA (prikazano zelenom bojom). Proteini sisara uključeni u ovaj proces su: Profilin (P), vazodilatatorski-stimulirani fosfoprotein (VASP) i kompleks proteina 2 i 3 povezan sa aktinom (Arp2/3 kompleks) kao i aktin. ActA je protein koji djeluje kao imitacija sindroma Wiskott-Aldrichovog proteina (WASP), koji podstiče nukleaciju faktora (NPF) prisutnog u ćelijama domaćinima. NPF u ćeliji sisara regrutuju i vezuju se za već postojeći kompleks 2 i 3 proteina povezan s aktinom (Arp2/3 kompleks) i izazivaju aktivirajuću konformacijsku promjenu Arp2/3 kompleksa. Zbog ove konformacijske promjene, NPF iniciraju polimerizaciju novog aktinskog filamenta pod uglom od 70°, što dovodi do karakterističnih Y-razgranatih aktinskih struktura u prednjoj ivici pokretnih ćelija. ActA se lokalizira na stari pol bakterije i pokriva i membranu bakterijske ćelije i ćelijski zid, lateralna difuzija je inhibirana; tako se ActA lokalizira na polariziran i usidren način na površini bakterije. Posljedično, polimerizacija aktina počinje samo u ovoj regiji na površini bakterije. Ekspresija ActA se inducira tek nakon ulaska u ćeliju domaćina sisara.

Sklop aktinskih filamenta stvara silu koja gura bakteriju u citoplazmi domaćina sisara naprijed. Kontinuirana polimerizacija aktina dovoljna je za pokretljivost u citoplazmi, pa čak i za infekciju susjednih ćelija.

Struktura Primarni proteinski proizvod actA gena sastoji se od 639 aminokiselina i uključuje signalni peptid (prvi N-terminalni 29 aminokiselina) i ActA lanac (C-terminalni 610 aminokiselina). Stoga se sekvenca zrelog proteina ActA sastoji od 610 aminokiselina. ActA ima molekulsku težinu od 70,349 Da i površinski je protein.

ActA je prirodno nesavijeni protein koji se može podijeliti u tri funkcionalna domena (sl. 2): N-terminalni domen je visoko nabijen: aminokiselinski ostaci 1–234 centralni domen sa ponavljanjima bogatim prolinom: aminokiselinski ostaci 235–394 C-terminalni domen sa transmembranskom domenom: aminokiselinski ostaci 395–610

N-terminalni domen thumb|400px|Sl. 2: ActA protein i njegovi funkcionalni domeni Prvih 156 aminokiselina N-terminalnog domena sastoje se od tri regije (sl. 2): A-regija sa dijelom kiselih ostataka: 32–45 AB-regija, regija koja veže monomer aktina: 59–102 C-regija, homološki niz kofilina: 145–156

N-terminalni dio ActA ima važnu ulogu u polimerizaciji aktina. Domen ispoljava elemente konsenzusa prisutne u NPF-ovima eukariotske porodice WASP, koji uključuju regiju koja se vezuje za monomer aktina, kao i Arp2/3 vezujuću C (centralnu ili homologiju kofilina) i A (kiselinsku) regiju. The actin monomer-binding region of ActA has functional properties like the WASP-Homology-2 (WH2) or V domain, but differs in the sequence. Dakle, u NPF-ovima porodice WASP redoslijed domena je WH2 nakon čega slijedi C, a zatim A, što nije slučaj u ActA.

Centralni domen Centralna regija ActA bogata prolinom je ključna za osiguravanje efikasne pokretljivosti bakterija. Postoje četiri ponavljanja bogata prolinom koja sadrže ili FPPPP ili FPPIP motive. Ove regije oponašaju one citoskeletnog proteina ćelije domaćina zyksin, vinkulin i paladin, za koje se zna da se povezuju sa fokusnom adhezijom ili stresnim vlaknima. Fosfoprotein stimuliran vazodilatatorima (VASP) može se vezati preko svoje Ena/VASP homologije domena 1 (EVH1-domen) za centralnu regiju bogatu prolinom i regrutuje profilin, protein koji vezuje monomer aktina, koji sam po sebi podstiče polimerizaciju na bodljikavim krajevima aktinskih filamenata. Nadalje, čini se da VASP stupa u interakciju sa F-aktinom preko svog karboksi-terminalnog EVH2 domena, koji omogućava vezu bakterije sa repom. Ova konstatacija je podržana činjenicom da ActA može vezati više Ena/VASP proteina istovremeno i da ima visok afinitet između ActA i Ena/VASP. Pokazalo se da VASP smanjuje frekvenciju aktin-Y-grana in vitro i na taj način povećava udio filamenata koji su organizirani paralelno u kometnim repovima.

C-terminalni domen C-terminalni domen ActA ima hidrofobnu regiju koja učvršćuje protein u bakterijskoj membrani.

Ukratko, osim toga: odsustvo homologije sekvence u regiji koja veže aktin i izmjena u sekvenci ARP2/3 aktivirajućih domena tipskih za NPF-ove porodice WASP (V(WH2)-C-A), Glavna razlika između ActA i NPF-a domaćina je u tome što ActA nema elemente koji se vezuju za regulatorne proteine kao što su GTPaze porodice Rho. Ova strukturna razlika između ActA i NPF domaćina može biti korisna za L. monocytogenes i njegovu patogenezu jer aktivnost nukleacije aktina L. monocytogenes je nezavisna od regulacije domaćina.

Analozi WASP/N-WASP, koju ActA funkcionalno oponaša, visoko je konzerviran kod eukariota. Važan je organizator aktinskog citoskeleta i kritičan je za procese kao što su endocitoza i pokretljivost ćelija. Aktiviran pomoću Cdc42, male GTPaze porodice Rho, WASP/N-WASP aktivira kompleks Arp2/3, što dovodi do brze polimerizacije aktina.

Pokretljivost ostalih patogena zasnovana na aktinu U rodu Shigella protein IcsA aktivira N-WASP, koji u neinficiranim ćelijama sisara aktivira GTPaza Cdc42. Aktivni N-WASP/WASP dovodi do polimerizacije aktina, aktiviranjem Arp2/3 kompleksa. Nasuprot tome, protein Listeria ActA stupa u interakciju sa kompleksom Arp2/3 i direktno ga aktivira.

Protein Rickettsia RickA protein također može aktivirati Arp2/3 kompleks na način sličan WASP-u. Za razliku od listerijskih, aktinski filamenti su organizovani u dugačke, nerazgranate paralelne snopove. Arp2/3 kompleks je samo lokaliziran blizu površine bakterije i stoga se pretpostavlja da dolazi do češćih Arp2/3 kompleksa neovisnih elongacija.

U Burkholderia pseudomallei BimA pokreće polimerizaciju aktina in vitro. Pretpostavlja se da unutarćelijska migracija ove bakterije funkcionira neovisno o kompleksu Arp2/3.

Istraživanje Novi podaci ukazuju da ActA takođe igra ulogu u vakuolskom poremećaju. Delcijski mutant ActA bio je defektan u permeabilizaciji vakuole. Pokazalo se da je dio od 11 aminokiselina na N-kraju kiselog regiona (32-42) važan za poremećaj fagosoma.

Također pogledajte Listeria monocytogenes

Reference

Vanjski linkovi YouTube video from Nature, Listeria monocytogenes [2:00–4:12]

Kategorija:Prokariotski geni Kategorija:Bakterijski proteini Kategorija:EVH1 domeni Kategorija:Proteinski domeni