Sistema de secreción tipo IV

El sistema de secreción bacteriana de tipo IV , también conocido como sistema de secreción de tipo IV o T4SS , es un complejo de proteínas de secreción que se encuentra en bacterias gramnegativas , bacterias grampositivas y arqueas . Es capaz de transportar proteínas y ADN a través de la membrana celular . ^{[ 1 ]} El sistema de secreción de tipo IV es solo uno de los muchos sistemas de secreción bacteriana . Los sistemas de secreción de tipo IV están relacionados con la maquinaria de conjugación , que generalmente implica un sistema de secreción de un solo paso y el uso de un pilus . ^{[ 2 ]} Los sistemas de secreción de tipo IV se utilizan para la conjugación, el intercambio de ADN con el espacio extracelular y para entregar proteínas a las células diana . El sistema de secreción de tipo IV se divide en tipo IVA y tipo IVB según su ascendencia genética .

Entre los ejemplos más notables del sistema de secreción de tipo IV se incluyen la inserción de plásmidos en plantas de Agrobacterium tumefaciens , los métodos de liberación de toxinas de Bordetella pertussis ( tos ferina ) y Legionella pneumophila ( enfermedad del legionario ), la translocación de proteínas efectoras a las células huésped por bacterias del género Brucella ( brucelosis ) y el pilus sexual F.

El sistema de secreción de tipo IV es un complejo proteico presente en procariotas que se utiliza para transportar ADN , proteínas o moléculas efectoras desde el citoplasma al espacio extracelular . ^{[ 1 ]} El sistema de secreción de tipo IV está relacionado con la maquinaria de conjugación procariota . ^{[ 2 ]} Los sistemas de secreción de tipo IV son un grupo muy versátil, presente en bacterias Gram positivas , bacterias Gram negativas y arqueas . Generalmente implican un solo paso que utiliza un pilus, aunque existen excepciones. ^{[ 3 ]}  

Los sistemas de secreción de tipo IV son muy diversos, con una variedad de funciones y tipos debido a diferentes rutas evolutivas. Principalmente, los sistemas de secreción de tipo IV se agrupan en función de su similitud estructural y genética y solo están distantemente relacionados entre sí. Los sistemas de tipo IVA son similares al sistema VirB/D4 de Agrobacterium tumefaciens . Los sistemas de tipo IVB son similares a los sistemas Dot/Icm que se encuentran en patógenos intracelulares como Legionella pneumophila . Los sistemas de tipo "otros" no se parecen ni a IVA ni a IVB. ^{[ 3 ]} Los tipos son genéticamente distintos y utilizan conjuntos separados de proteínas; sin embargo, las proteínas entre los conjuntos tienen fuertes homologías entre sí, lo que hace que funcionen de manera similar. ^{[ 1 ]}    

Los sistemas de secreción de tipo IV también se clasifican por función en tres tipos principales: sistemas conjugativos, utilizados para la transferencia de ADN a través del contacto célula a célula (un proceso llamado conjugación ); sistemas de liberación y captación de ADN, utilizados para intercambiar ADN con el entorno extracelular (un proceso llamado transformación ) y sistemas efectores , que se utilizan para transferir proteínas a las células diana. ^{[ 4 ]} Los sistemas conjugativos, así como los de liberación y captación de ADN, desempeñan un papel importante en la transferencia horizontal de genes , que permite a los procariotas adaptarse a su entorno, como por ejemplo, desarrollar resistencia a los antibióticos . ^{[ 5 ]} Los sistemas efectores permiten la interacción entre microbios y organismos más grandes. Los sistemas efectores se utilizan como método de liberación de toxinas por muchos patógenos humanos , como Helicobacter pylori (úlceras estomacales), tos ferina y legionelosis . ^{[ 1 ]}

Actualmente, solo se ha descrito con precisión la estructura de los sistemas de secreción de tipo IVA, presentes en bacterias gramnegativas. Está compuesto por 12 subunidades proteicas, VirB1 - VirB11 y VirD4, cuyas analogías existen en todos los sistemas de tipo IVA. ^{[ 1 ]} Los componentes del sistema de secreción de tipo IV se pueden dividir en tres grupos: el andamiaje del canal de translocación, las ATPasas y el pilus.

El andamiaje del canal de translocación es la porción de la maquinaria que crea el canal entre el espacio extracelular y el citoplasma a través de las membranas interna y externa , y contiene VirB6 - VirB10. El complejo central del andamiaje está compuesto por 14 copias de VirB7, VirB9 y VirB10 que forman un canal cilíndrico que atraviesa ambas membranas y conecta el citoplasma con el espacio extracelular. ^{[ 6 ]}

La proteína VirB10 es integral tanto en la membrana interna como en la externa. Se inserta en la membrana externa mediante una estructura de barril α-helicoidal que ayuda a formar un canal entre ambas membranas. ^{[ 7 ]} Hay una abertura en el extremo citoplasmático del canal, seguida de una cámara grande y una segunda abertura. Esta segunda abertura requiere un cambio conformacional para permitir el paso del sustrato desde el citoplasma hacia el canal. ^{[ 1 ]} Se cree que VirB6 o VirB8 forman el poro de la membrana interna, ya que son proteínas integrales de la membrana interna y tienen contacto directo con el sustrato . ^{[ 8 ]}

Las ATPasas constan de VirB4, VirB11 y VirD4, que impulsan el movimiento del sustrato a través del canal y proporcionan energía al sistema. VirB11 pertenece a una clase de transportadores transmembrana denominados “ATPasas de tráfico”. VirB4 no está bien caracterizada. ^{[ 9 ] [ 1 ]}

El pilus está compuesto por VirB2 y VirB5, siendo VirB2 el componente principal. ^{[ 1 ]} En A. tumefaciens , el pilus tiene un diámetro de 8-12 nm y una longitud inferior a un μm. Los pili F , otro tipo de pilus comúnmente estudiado, son mucho más largos, con una longitud de 2-20 μm. ^{[ 2 ]}

Debido a la gran variedad de sistemas de secreción de tipo IV, tanto en su origen como en su función, es difícil hacer afirmaciones mecanicistas sobre el grupo en su conjunto.

En general, después de que el ADN se empaqueta en un sistema conjugativo, es reclutado por análogos de ATPasa a la proteína de acoplamiento VirD4, y luego translocado a través del pilus. ^{[ 3 ]} En A. tumefaciens específicamente, el ADN pasa a través de una cadena caracterizada de enzimas antes de llegar al pilus. El ADN es reclutado por VirD4, luego por VirB11, luego por las proteínas intermembrana (VirB6 y VirB8), movido a VirB9 y finalmente enviado al pilus (VirB2). ^{[ 10 ] [ 1 ]}