Katsaus 12 Legionella pneumofilan bakteerieffektoreista isäntäsolussa. Endosytoosi-exosytoosiverkosto ja RabGTPaasit

12. KATSAUS. Bakteeriperäisten effektoriproteiinien tekemä endosyyttisen ja sekretorisen tien kumous.
Select item 2941704612. Subversion of the Endocytic and Secretory Pathways by Bacterial Effector Proteins. Weber MM, Faris R. Front Cell Dev Biol. 2018 Jan 24;6:1. doi: 10.3389/fcell.2018.00001. eCollection 2018. Review. PMID: 29417046 Free PMC Article Similar articles

 Tiivistelmästä suomennosta
Intrasellulaariset bakteerit ovat kehittäneet lukuisia strategioista kaapatakseen isäntäsolun rakkulakuljetustieverkoston muodostaakseen omia ainutlaatuisia replikatiivisia sopukoitansa.  Jotta  bakteerit pystyvät replikoitumaan solun sisällä, niiden täytyy tehdä interaktioita isäntäsolun organellien kanssa ja moduloida isäntäsolun  signaaliteitä hankkiakseen ravintoaineita  ja kalvomateriaalia  kasvavaa parasitofooria vakuolia varten ja samalla niiden on saatava  immuunivasteen  aktivoituminen vaimennettua. Tällaisen   kumouksen aikaansaamiseksi   isäntäsolussa  bakteeripatogeenit käyttävät erikositunutta sekreetiojärjestelmää josta ne vapauttavat bakteriellejä virulenssitekijöitä , effektoreja, isäntäsoluun matkimaan isäntäkehon omia proteiineja tai  niiten kanssa myötävaikuttamaan ja/tai vastavaikuttamaan.
Tässä katsauksessa käsitellään  seuraavien bakteerien tapaa  manipuloida  endosyyttistä ja sekretorista tieverkostoa:
Coxiella burnetii
Brucella abortus
Salmonella  enterica serovar Typhimurium
Legionella pneumophila
Chlamydia trachomatis
Orientia  tsutsugamushi.
Kun ymmärtää miten bakteerin effektoriproteiinit manipuloiovat isäntäsolun prosesseja, saa tarkkaa oivallusta  bakteerin patogeneesistä ja myös lisäkäsitystä siitä, miten eukaryoottinen kalvokuljetusjärjestelmä säätyy. 

•  Abstract
• Intracellular bacteria have developed numerous strategies to hijack host vesicular trafficking pathways to form their unique replicative niches. To promote intracellular replication, the bacteria must interact with host organelles and modulate host signaling pathways to acquire nutrients and membrane for the growing parasitophorous vacuole all while suppressing activation of the immune response. 
  To facilitate host cell subversion, bacterial pathogens use specialized secretion systems to deliver bacterial virulence factors, termed effectors, into the host cell that mimic, agonize, and/or antagonize the function of host proteins. In this review we will discuss how bacterial effector proteins from Coxiella burnetii, Brucella abortus, Salmonella enterica serovar Typhimurium, Legionella pneumophila, Chlamydia trachomatis, and Orientia tsutsugamushi manipulate the endocytic and secretory pathways. Understanding how bacterial effector proteins manipulate host processes not only gives us keen insight into bacterial pathogenesis, but also enhances our understanding of how eukaryotic membrane trafficking is regulated. KEYWORDS: Brucella; Chlamydia; Coxiella; Legionella; Orientia; Salmonella; secreted effector; vesicle trafficking

  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/?term=29417046%5BPMID%5D&report=imagesdocsum 3.

Figure 5. From: Subversion of the Endocytic and Secretory Pathways by Bacterial Effector Proteins.

Role of L. pneumophilia T4SS effector proteins in modulation of the endocytic and secretory pathways. 

L. pneumophila recruits the small GTPases Rab1 and Arf1 to the LCV membrane to co-opt ER-Golgi vesicle trafficking. RalF and SidM/DrrA are Arf1 and Rab1 GEFs, respectively. SidM/DrrA can covalently modify Rab1 through AMPylation whereas SidD functions as a deAMPylase to remove the AMP residue, making Rab1 susceptible to inactivation by the bacterial GAP LepB. 

Activated Rab1 promotes binding of LidA, which cooperates with SidM/DrrA to promote tethering and fusion between the LCV and ER-derived vesicles. 

AnkX and Lem3 modify Rab1 activity through phosphorylcholination (PCylation) or by removal of the phosphorylcholine moiety, respectively. 

The SidE family of T4SS effectors (SidE, SdeA, SdeB, SdeC) ubiquitinate Rab1, Rab6, Rab30, and Rab33b. SidE effectors also ubiquitinate reticulon 4 (RTN4) to induce ER rearrangements and promote RTN4 recruitment to the LCV. 

RidL binds PtdIns(3)P and the retromer subunit VPS29, inhibiting SNX 1 and 2 binding to the LCV. VipD prevents endosomal maturation by binding GTP-bound Rab5 and Rab22, inhibiting subsequent interactions with the Rab effectors Rabaptin-5 and EEA1.

Mary M. Weber, et al. Front Cell Dev Biol. 2018;6:1.

CitationFull text

 Mitkä ovat nämä endosyyttisestä  kuljetustieverkostot selityksineen

 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5787570/

Figure 1

Tämä on tärkeää perustietoa. Kuva on apuna . Endosyyttiset ja sekretoriset ( exosyyttiset)  rakkulat kuljettavat  tiet  solussa.  Kuvan pienet numeroidut pallukat ovat  tärkeitä  yhteistyötä tekeviä  RabGTP entsyymejä, pieniä Arf-perheen GTPaaseja.
Ne rekrytoivat  proteiinivaippaa  plasmamembraaniin  donorikalvoon, josta  rakkulan  silmukoituminen pystyy alkamaan  (  Solua ympäröivästä plasmakalvosta nähdään kuvan ylälaidassa osa ja siitä painuu sisäänpäin  rakkula, joka on klatriinilla peittynyt (CCV).
   Myös Trans-Golgi verkosto (TGN)  voi generoida tällaisia  rakkuloita ja näitten rakkuloiden avulla kuljetetaan lasteja  endosomeille (E) .( EE= early endosome), josta ne toimittuvat edelleen.

Golgin laitteesta (CGN, Cis-Golgi net)    kohti Endoplasmista retikulumia ER)  avustaa  vaippakompleksiproteiiniI  (COP1) ja  ER:stä  kohti Golgin laitetta avustaa  COPII.

Plasmakalvossa  dynamiini  välittää rakkulan leikkautumista  irti  plasmakalvosta ja sitten solun sisällä rakkulat kulkeutuvat  tietyillä sytoskeletaalisilla radoillaan (tracts;  nuolet),  sytoplasman tukirakentettein muodostamilla reiteillä.

RabGTPaasi-entsyymit ovat avainasemassa  säätelemässä vesikkeleiden kulkureittejä!

Rab5  välittää  endosyyttisen rakkulan fuusion varhaiseen endosomiin (EE) .

Kypsyminen kohti myöhäistä endosomia (LE) vaattii   Rab5 entsyymin sijaan Rab7 GTPaasientsyymiä.

Sellainen lasti, joka on merkattu  hajoitettavaksi,  aiheuttaa lysosomiin fuusion. 

Rab24 GTPaasi  välittää autofagosomin muodostumista. Autofagosomi voi sitten fusoitua lysosomin kanssa  autolysosomiksi.

Kuljetus  varhaisesta  endosomista (EE)  uudiskiertoa suorittavaan RE  (recycling)  endosomiin vaatii  Rab15 GTP-aasia. Siitä edelleen  Rab4 GTPaasi välittää nopeaa (fast)   uudelleenkierrätystä ja  Rab11b GTPaasi  hidasta (slow) uudelleenkierrätystä.

Rab2 GTPaasi välittää retrogradista kuljetusta,  siis takaisin päin Golginlaiteesta (CGN)  kohti Endoplasmista retikulumia (ER).

Sekretoristen jyvästen säädelty exosytoosi vaatii seuraavia RabGTPaaseja :

 Rab26, Rab27, Rab37, Rab3  tai  Rab11b. 

 Kuljetusta  varhaisesta endosomista (EE)  Golgin apparaattiin (CGN)  välittää  Rab22a, Rab 14 ja Rab61.

Kuljetusta myöhäisestä endosomista (LE)  transgolgiin (TGN)   välittää Rab9. 

 Kuormat trans-Golgin verkostosta   (TGN) kuljetetaan kohti plasmamebraania  fusoimalla ensin varhaiseen  endosomiin (EE)    ja tässä prosessissa auttavat  Rab22b ja Rab11a.

Erillisten lipidipisaroiden muodostumisessa avustaa Rab18. 

• Vesicle trafficking pathways of the endocytic and secretory pathways: Small GTPases of the Arf family recruit protein coats to the donor membrane to initiate vesicle budding. 

• Clathrin coated vesicles are generated at the plasma membrane or trans-Golgi network (TGN) and mediate cargo transport to endosomes. 

• Adaptor proteins, such as AP1 and AP3, recognize signal sequences in the C-terminal tails of transmembrane proteins and participate in cargo selection.

•  Coat complex protein I (COPI) and coat complex protein II (COPII) mediate transport from the Golgi to the endoplasmic reticulum (ER) or from the ER to the Golgi, respectively.

•  At the plasma membrane (PM), vesicle scission is mediated by dynamin and vesicles are subsequently transported to their destination along cytoskeletal tracks. 

•  Rab GTPases (gray hexagons) play a key role in regulating vesicle transport along the endocytic and secretory pathways.

•  Rab5 mediates fusion of endocytic vesicles to form the early endosome (EE).

•  Maturation into a late endosome (LE) requires Rab conversion from Rab5 to Rab7. 

•  Cargo destined for degradation undergoes fusion with lysosomes.  Rab24 mediates formation of autophagosomes, which can subsequently fuse with lysosomes to create autolysosomes. 

• Traffic between EE and recycling endosome (RE) is mediated by Rab15.  

• Rab4 and Rab11b regulate fast and slow recycling, respectively. Rab1 mediates ER-Golgi traffic whereas Rab2 regulates retrograde traffic from the Golgi-ER. 

• Regulated exocytosis by secretory granules involves Rab26, Rab27, Rab37, Rab3, or Rab11b. Transport between the EE and Golgi or the LE and Golgi is mediated by Rab22a, Rab14, Rab6a, or Rab9, respectively. 

• Cargo from the TGN is transported to the plasma membrane via fusion with EEs and this process is mediated by Rab22b or Rab11a. 

•   Rab18 regulates the formation of lipid droplets.

EE early endosome,

 LE late endosome,

 RE recycling endosome

 TGN trans-Golgi Network, 

CGN cis-Golgi Network,

 COPI coat protein I,

 COPII coat protein II,

 CCV clathrin-coated vesicle, 

AP1 adaptor protein 1, AP2 adaptor protein 2.