La proteína inductora del ensamblaje de actina ( ActA ) es una proteína codificada y utilizada por Listeria monocytogenes para impulsarse a través de una célula huésped de mamífero. ActA es una proteína de superficie bacteriana que comprende una región que abarca la membrana. [1] En una célula de mamífero, la ActA bacteriana interactúa con el complejo Arp2/3 y los monómeros de actina para inducir la polimerización de actina en la superficie bacteriana generando una cola de cometa de actina. El gen que codifica ActA se llama actA o prtB. [2]
En cuanto las bacterias L. monocytogenes son ingeridas por los seres humanos, se internalizan en las células del epitelio intestinal y rápidamente intentan escapar de su vacuola de internalización. [3] [4] En el citosol, comienzan a polimerizar actina en su superficie con la ayuda de la proteína ActA. Se ha demostrado que ActA no solo es necesaria sino también suficiente para inducir la motilidad de las bacterias en ausencia de otros factores bacterianos. [5]
ActA se descubrió mediante el análisis de mutantes de Listeria Tn 917-lac negativos a la lecitinasa debido al fenotipo de que no podían propagarse de una célula a otra. Estas bacterias mutantes aún escapaban de los fagosomas con la misma eficiencia que las bacterias de tipo salvaje y se multiplicaban dentro de las células infectadas, pero no estaban rodeadas de actina como las bacterias de tipo salvaje. Un análisis posterior mostró que Tn 917-lac se había insertado en actA , el segundo gen de un operón. El tercer gen de este operón, plcB , codifica la lecitinasa de L. monocytogenes . Para determinar si actA en sí, plcB u otras regiones co-transcritas aguas abajo están involucradas en el ensamblaje de actina, se generaron mutaciones en los genes apropiados. Todos los mutantes excepto los mutantes actA fueron similares a los de tipo salvaje en lo que respecta a la asociación con F-actina y la propagación de célula a célula. La complementación con actA restauró el fenotipo de tipo salvaje en los mutantes actA . [1]
ActA es una proteína que actúa como un imitador de la proteína del síndrome de Wiskott-Aldrich (WASP), un factor promotor de nucleación (NPF) presente en las células huésped. Los NPF en la célula de mamífero reclutan y se unen al complejo de proteína relacionada con actina 2 y 3 ya existente (complejo Arp2/3) e inducen un cambio conformacional activador del complejo Arp2/3. [6] Debido a este cambio conformacional, los NPF inician la polimerización de un nuevo filamento de actina en un ángulo de 70°, lo que conduce a las características estructuras de actina ramificadas en Y en el borde delantero de las células móviles. ActA se localiza en el polo antiguo de la bacteria y abarca tanto la membrana celular bacteriana como la pared celular, la difusión lateral se inhibe; por lo tanto, ActA se localiza de manera polarizada y anclada en la superficie bacteriana. En consecuencia, la polimerización de actina solo comienza en esta región en la superficie de la bacteria. [7] La expresión de ActA se induce solo después de ingresar a una célula huésped de mamífero. [8]
El ensamblaje de filamentos de actina genera la fuerza que empuja a la bacteria hacia adelante en el citoplasma del huésped mamífero. La polimerización continua de actina es suficiente para la movilidad en el citoplasma e incluso para la infección de células adyacentes. [9]
Nuevos datos indican que ActA también desempeña un papel en la disrupción vacuolar. Un mutante de deleción de ActA era defectuoso en la permeabilización de la vacuola. Se demostró que un tramo de 11 aminoácidos del extremo N de la región ácida (32-42) era importante para la disrupción del fagosoma . [10]
El producto proteico primario del gen actA consta de 639 aminoácidos e incluye el péptido señal (primeros 29 aminoácidos N-terminales) y la cadena ActA (610 aminoácidos C-terminales). Por lo tanto, la secuencia de la proteína ActA madura consta de 610 aminoácidos. ActA tiene un peso molecular de 70.349 Da y es una proteína de superficie. [1] [2]
ActA es una proteína desplegada de forma nativa que se puede dividir en tres dominios funcionales (Fig. 2): [1] [11] [12]
Los primeros 156 aminoácidos del dominio N-terminal constan de tres regiones [10] [13] (Fig. 2):
La porción N-terminal de ActA juega un papel importante en la polimerización de actina. [14] El dominio muestra elementos de consenso presentes en los NPF de la familia WASP eucariotas que incluyen una región de unión al monómero de actina, así como una región C (homología central o de cofilina) y A (ácida) de unión a Arp2/3. [7] La región de unión al monómero de actina de ActA tiene propiedades funcionales como el dominio WASP-Homology-2 (WH2) o V, pero difiere en la secuencia. [15] Por lo tanto, en los NPF de la familia WASP, el orden de los dominios es WH2 seguido de C y luego de A, lo que no es el caso en ActA.
La región central rica en prolina de ActA es crucial para asegurar una motilidad bacteriana eficiente. Hay cuatro repeticiones ricas en prolina que contienen motivos FPPPP o FPPIP. Estas regiones imitan las de la proteína citoesquelética de la célula huésped zyxin , vinculin y palladin , conocidas por asociarse con adherencias focales o fibras de estrés. [16] La fosfoproteína estimulada por vasodilatadores ( VASP ) puede unirse a través de su dominio de homología 1 Ena/VASP ( dominio EVH1 ) a la región central rica en prolina y recluta profilina , una proteína de unión a monómero de actina, que promueve la polimerización en los extremos con púas de los filamentos de actina. Además, VASP parece interactuar con F-actina a través de su dominio EVH2 carboxiterminal, que proporciona un enlace de la bacteria a la cola. [17] Esta afirmación está respaldada por el hecho de que ActA puede unirse a múltiples proteínas Ena/VASP simultáneamente y tiene una alta afinidad entre ActA y Ena/VASP. Se ha demostrado que VASP reduce la frecuencia de ramificaciones de actina-Y in vitro y, por lo tanto, aumenta la proporción de filamentos que se organizan en una alineación paralela en las colas de los cometas. [18] [19]
El dominio C-terminal de ActA tiene una región hidrofóbica que ancla la proteína en la membrana bacteriana. [20] [21] [22]
En resumen, además
WASP/N-WASP, que es imitada funcionalmente por ActA, está altamente conservada en eucariotas. Es un importante organizador del citoesqueleto de actina y es fundamental para procesos como la endocitosis y la motilidad celular. Activada por Cdc42 , una GTPasa pequeña de la familia Rho, WASP/N-WASP activa el complejo Arp2/3, lo que conduce a una rápida polimerización de la actina. [23]
En Shigella, la proteína IcsA activa N-WASP , que en células de mamíferos no infectados es activada por la GTPasa Cdc42. La N-WASP/WASP activa conduce a la polimerización de actina al activar el complejo Arp2/3. Por el contrario, la proteína ActA de Listeria interactúa con el complejo Arp2/3 y lo activa directamente. [7]
La proteína RickA de Rickettsia también es capaz de activar el complejo Arp2/3 de una manera similar a la de WASP. A diferencia de Listeria , los filamentos de actina están organizados en haces paralelos largos y no ramificados. El complejo Arp2/3 solo se localiza cerca de la superficie bacteriana y, por lo tanto, se supone que se produce una elongación más frecuente independiente del complejo Arp2/3. [16]
En Burkholderia pseudomallei, BimA inicia la polimerización de actina in vitro. Se supone que la migración intracelular de esta bacteria funciona independientemente del complejo Arp2/3. [16]