El sistema de secreción de tipo 2 (a menudo denominado sistema de secreción de tipo II o por las iniciales T2SS ) es un tipo de maquinaria de secreción de proteínas que se encuentra en varias especies de bacterias Gram-negativas , incluidos muchos patógenos humanos como Pseudomonas aeruginosa y Vibrio cholerae . [1] El sistema de secreción de tipo II es uno de los seis sistemas de secreción de proteínas que se encuentran comúnmente en bacterias Gram-negativas, junto con los sistemas de secreción de tipo I , tipo III y tipo IV , así como la vía de chaperona/acompañador , la vía del autotransportador/sistema de secreción de tipo V y el sistema de secreción de tipo VI (algunas bacterias también utilizan el sistema de secreción de tipo VII ). [2] Al igual que estos otros sistemas, el sistema de secreción de tipo II permite el transporte de proteínas citoplasmáticas a través de las bicapas lipídicas que forman las membranas celulares de las bacterias Gram-negativas. La secreción de proteínas y moléculas efectoras fuera de la célula juega un papel crítico en la señalización de otras células y en la invasión y parasitismo de las células huésped.
El sistema de secreción de tipo II es un complejo proteico unido a la membrana que se encuentra en las bacterias Gram-negativas 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 secretores que se encuentran en las bacterias Gram-negativas y se utiliza para secretar una variedad de proteínas diferentes, incluidas toxinas bacterianas y enzimas degradativas como proteasas y lipasas . Estas proteínas secretadas generalmente se asocian con la degradación de los tejidos del huésped y, por lo tanto, a menudo son importantes para causar los síntomas asociados con ciertas infecciones bacterianas . [3] Cada célula bacteriana puede contener una serie de complejos de secreción de tipo II, que se encuentran incrustados en las membranas internas y externas de la célula.
Junto con otros sistemas secretores como la vía chaperona/usher y el sistema de secreción tipo IV, la secreción tipo II es un proceso de dos pasos. El primer paso involucra las vías secretoras Sec y Tat , que son responsables de transportar proteínas a través de la membrana interna hacia el periplasma . [4] Por ejemplo, la vía Sec se utiliza para transportar componentes estructurales del sistema de secreción 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 se encuentran en el periplasma, puede tener lugar el segundo paso, mediante el cual se secretan a través de la membrana externa hacia el medio extracelular.
En general, el sistema de secreción de tipo II es una gran maquinaria multiproteica, formada por varias subunidades proteicas distintas conocidas como proteínas secretoras generales (GSP). [5] Los genes que codifican estas GSP suelen encontrarse juntos en el genoma en un único operón y muchos de estos genes se superponen. Cada gen se nombra con una letra correspondiente a la 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. [6] Las GSP son comunes entre varias especies bacterianas diferentes y cuando se unen forman un complejo que es estructuralmente muy similar a los pili de tipo IV , un apéndice que también se encuentra comúnmente en las bacterias gramnegativas. [7] En general, el sistema de secreción de tipo II se puede dividir en cuatro componentes principales. Estos son el complejo de membrana externa, el complejo de membrana interna, la ATPasa de secreción y el pseudopilo.
El complejo de la membrana externa está formado en gran parte por la secretina GspD. [8] 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. [9] 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 barriles β que garantiza que las proteínas de barril β se plieguen correctamente antes de la inserción en la membrana. [10]
La GspD se encuentra frecuentemente asociada con la lipoproteína GspS. La 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 la GspD. Se cree que la GspS juega un papel importante en la estabilización de la secretina GspD y ayuda a prevenir su degradación en presencia de enzimas periplásmicas altamente degradativas . [8]
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 de la membrana externa GspD, estas proteínas se transportan al periplasma a través de la vía de translocación Sec antes de insertarse en la membrana interna. Cuatro proteínas diferentes componen el complejo de la membrana interna: GspC, GspF, GspL y GspM. [5]
Cada una de estas subunidades individuales desempeña un papel ligeramente diferente. Por ejemplo, se ha demostrado que GspC 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 entrar en el 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 membrana interna, 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 ATPasa de secreción y estas son necesarias para mantenerla en estrecha asociación con el resto del complejo de membrana interna. [11]
La ATPasa de secreción, GspE, es una ATPasa que se encuentra estrechamente asociada con el complejo de membrana interna en el lado citoplasmático de la membrana interna. [12] GspE pertenece a la familia de ATPasas de secreción 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 de nucleótidos . Es este dominio de unión de nucleótidos, que está presente en cada una de las 6 subunidades del hexámero, el que es responsable de la unión del ATP . Los otros 2 dominios que componen el CTD, un dominio de cuatro hélices y un dominio de unión de metales, ayudan a catalizar la hidrólisis del ATP unido. [12] Esta hidrólisis de ATP se utiliza para impulsar el ensamblaje y desensamblaje del pseudopiloso, 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 membrana interna que ayudan a mantener la ATPasa de secreción 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 observadas con la subunidad GspL del complejo de membrana interna.
El pseudopilo 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 formado por una serie de proteínas similares a pilinas o pseudopilinas, conocidas como GspG, GspH, GspI, GspJ y GspK. [3] Se conocen como pseudopilinas debido a su similitud con las pilinas (como PilA) que forman los pili de tipo IV que se encuentran en las bacterias gramnegativas. Al igual que sus contrapartes, las pseudopilinas se producen inicialmente en una forma inmadura. Estas pre-pseudopilinas consisten en una secuencia de señal N-terminal que dirige las proteínas al translocón Sec y un dominio pasajero C-terminal largo que codifica la proteína pseudopilina en sí. Una vez que la maquinaria Sec ha transportado la pre-pseudopilina a través de la membrana interna, pero antes de que la proteína misma sea liberada al periplasma, la secuencia señal N-terminal se escinde en un tramo conservado de residuos de aminoácidos cargados positivamente . Esta escisión es catalizada por la peptidasa señal GspO y el resultado final es la eliminación de la secuencia señal N-terminal y la formación de una pseudopilina madura. [5] 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 cola hidrófoba larga y un dominio de cabeza hidrófilo globular . Una vez en el periplasma en su estado maduro, las pseudopilinas a menudo se insertarán en el folíolo externo de la membrana interna a través de sus colas hidrófobas.
La pseudopilina principal presente en el pseudopilo es GspG. El pseudopilo se forma cuando las subunidades individuales de pseudopilina se polimerizan juntas. En esta reacción, las colas hidrófobas de diferentes pseudopilinas se entrelazan dejando expuestas sus cabezas hidrófilas globulares. Estas largas colas hidrófobas pueden agregarse juntas de esta manera debido a fuertes interacciones hidrófobas y el resultado final es que el pseudopilo crece de manera constante. El ensamblaje y desensamblaje de estas subunidades de pseudopilo es impulsado por la secreción ATPasa GspE. Se cree que esta constante extensión y retracción del pseudopilo hace que actúe como un pistón y empuje las proteínas secretoras a través de la membrana externa secretina. Cuando el pseudopilo se retrae, nuevas proteínas secretoras pueden ingresar al sistema y el proceso se repetirá. Este movimiento del pseudopilo es similar al movimiento mostrado por los pili tipo IV que se sabe que permiten la motilidad de espasmos . [13]
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 distintas especies de bacterias. Este mecanismo se puede dividir en varios pasos:
Se cree que el quórum sensing desempeña un papel clave en el control de la activación del sistema de secreción tipo II y el inicio de la liberación de exoproteínas. [6] Específicamente, el quórum sensing ayuda a regular la transcripción de los genes que codifican estas exoproteínas y garantiza que solo se produzcan cuando otras bacterias similares estén cerca y las condiciones ambientales sean propicias para la supervivencia y la infección.