• Sonuç bulunamadı

Şigella Türlerinde Aktin ReorganizasyonuActin Reorganization in Shigella Species (1892 Defa Görüntülendi)

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Şigella Türlerinde Aktin ReorganizasyonuActin Reorganization in Shigella Species (1892 Defa Görüntülendi)"

Copied!
6
0
0

Yükleniyor.... (view fulltext now)

Tam metin

(1)

Şigella türleri; kanlı, mukuslu ishal ve tenezm ile sey-reden, bazen ciddi klinik tablolara yol açabilen basil-li dizanteri hastalığının etkeni gram-negatif bakteri-lerdir. Dünyada yılda yaklaşık 164.7 milyon şigelloz vakası görülmekte ve büyük çoğunluğu çocuk olmak üzere yaklaşık 1.1 milyon kişi ölmektedir[1].

Normalde hareketsiz olan bu bakteriler, infekte ettikleri bağırsak mukoza hücrelerinin sitoplazması içerisinde yer değiştirebilme ve bir hücreden diğer hücreye geçerek mukozada yayılabilme özelliğine sa-hiptir. Bu özellik şigellaların patogenezinde çok önemlidir.

Şigellalar gerek sitoplazma içerisindeki, gerekse hücreler arasındaki yer değiştirmelerini “aktin reor-ganizasyonu” yoluyla sağlar. Yani, diğer bir deyişle aktin reorganizasyonu şigella patogenezinde çok önemli rol oynar. Aktin reorganizasyonu ile ilgili fonksiyonları mutasyona uğratılmış olan şigellaların attenüe oldukları gösterilmiştir[2-5]. Bu mutant

suş-lar, kolon mukozasında histolojik olarak çok daha zayıf patojenite gösterir ve daha küçük apseler veya ülserasyonlar oluşturur.

Aynı mekanizmayı şigellalardan başka; Listeria monocytogenes, riketsiyalar ve vaccinia virüs de kullanır.

Bu derlemede, şigellaların gerçekleştirdiği aktin reorganizasyonunun ayrıntıları ele alınacaktır. Bu olay karmaşık bir takım moleküller ve sinyaller ara-cılığıyla gerçekleştiğinden, öncelikle metin içerisinde geçen terimler ile ilgili tanımlara yer verilmiştir.

TANIMLAR Aktin

Ökaryotik hücrelerdeki tüm hücresel proteinlerin %5’ini oluşturan, hücrelerin üç boyutlu yapısında destek çatı görevi gören ve hücrenin şekil ve yer de-ğiştirmesinde rol oynayan bir protein topluluğudur. Bu topluluğa aktin hücre çatısı (actin cytoskeleton)

Şigella Türlerinde Aktin Reorganizasyonu

Hanefi Cem GÜL*, Ahmet Bülent BEŞİRBELLİOĞLU*

* Gülhane Askeri Tıp Akademisi, İnfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji Anabilim Dalı, ANKARA

ÖZET

Shigella spp. fligelloza yol açan hareketsiz gram-negatif mikroorganizmalard›r. Aktin reorganizasyonu Shi-gella türlerinin hareket yetene¤i kazanmas›nda, dolay›s› ile infeksiyon patogenezinde çok önemlidir.

Anahtar Kelimeler: fiigella, Patogenez, ‹nfeksiyon

SUMMARY

Actin Reorganization in Shigella Species

Shigella spp., the cause shigellosis are immotile gram-negative microorganisms. Actin reorganization is very important for motility and infection pathogenesis with Shigella spp.

(2)

da denmektedir[6,7]. Hücredeki aktin, iki formda bu-lunur:

1. Monomerik (G aktin): Bunlar 395 amino-asitten oluşmuş polipeptidlerdir ve sitosolde dağınık halde bulunurlar.

2. Flamentöz (F aktin): Monomerik aktinlerin bir araya gelmesiyle oluşmuş olan fleksibl polimer-lerdir. En yoğun bulundukları yer, hücre membranı-nın altındaki korteks bölgesidir.

Monomerik aktin ve flamentöz aktin havuzları di-namik bir denge halindedir. Monomerlerin hızla po-limerize olarak flamentöz aktinleri oluşturabilmeleri veya disosiye olarak tekrar monomer hale geçebil-meleriyle hücrede dinamik bir yapı iskeleti oluşur. Hücrenin herhangi bir bölümünde uzama veya psö-dopod oluşumu gerektiğinde, aktin flamanları bu bölgede plazma membranının altında hızla oluşup toplanarak bu noktada membrana hareket kazandı-rır. Bu sayede herhangi bir stimulusta hücre; uzama veya genleşme hareketleri yapabilir, yapı, şekil ve yer değiştirebilir.

“Rho Family GTPaz”lar

Bunlar primer olarak aktin organizasyonunda (bu arada çeşitli hücresel olaylarda da) tetikleyici ola-rak anahtar rol oynayan moleküllerdir. Bu ailenin birçok üyesi vardır. Bunlardan en iyi tanımlanmış ve aktin organizasyonunda rol oynayanları; “Rho”, “Rac” ve “Cdc42”dir.

Arp2/3 Kompleks

(Arp: Actin-Related Protein)

Monomerik aktinlerin polimerize olarak flamen-töz aktin haline gelebilmeleri için ilk önce “aktin nükleasyonu” olayının gerçekleşmesi gerekir. Aktin nükleasyonu, üç aktin monomerinin bir araya gele-rek polimerizasyon için bir nükleus oluşturması ola-yıdır (Şekil 1)[6]. Diğer aktin monomerleri bu yapıya eklenerek aktin flamanlarını oluşturur.

Hücrede aktin nükleasyonunu tetikleyen tek fak-tör Arp2/3 kompleksidir.

WASP

(Wiskott-Aldrich Syndrome Protein) Ailesi Bu ailenin üyeleri; Arp2/3 kompleksini uyararak rol oynayan proteinlerdir. Bu üyeler şunlardır:

1. WASP (Wiskott-Aldrich Syndrome Protein), 2. N-WASP (Neural Wiskott-Aldrich Syndrome Protein),

3. WAVE (WASP family verprolin-homologous proteins) (Scar).

Wiskott-Aldrich sendromlu hastalarda WASP ai-lesi proteinlerini kodlayan genlerde mutasyon sap-tanmıştır. Bu yüzden bu hastalarda trombosit ve lö-kositlerdeki aktin organizasyonunda yetersizlikler vardır. Bunun sonucunda da pıhtılaşma bozuklukları ve immünyetmezlik tablosu ortaya çıkar[8].

Kofilinler

Bunlar, aktin flamanlarının depolimerize olmala-rında veya belli noktalardan kesilmelerinde rol oyna-yan proteinlerdir. Böylece polimerize olmakta olan flamanların gereksiz uzamasını engellerler. Aktin monomerlerinin flamandan ayrılarak tekrar mono-mer havuzuna dönmelerini ve başka flamanların po-limerizasyonunda yer alabilmelerini sağlamış olurlar. Ayrıca, flamanları kesme fonksiyonu sayesinde; ha-reket etmekte olan hücrelerin psödopod oluşan ön ucunda uzayan flamanları keserek aktin monomerle-rinin bağlanmasına müsait pek çok uç ortaya çıkma-sına ve çok sayıda yeni flamanın hızla uzayarak hüc-reye motilite kazandırmasına yol açarlar[9].

Profilin

Profilin, bir “actin monomer binding protein”dir ve aktin monomerlerini polimerizasyon bölgesine toplama fonksiyonuna sahiptir.

monomer dimer trimer

Şekil 1. Aktin nükleasyonu. İki aktin monomeri birbirine zayıf bir şekilde bağlanarak dimer oluşturur ve üçüncü bir aktin monomerinin bunlara eklenmesiyle daha stabil bir yapı olan aktin trimeri ortaya çıkar. Bu yapı, polimerizasyon için bir nükleus görevi görür ve diğer aktin monomerleri bu yapıya eklenerek aktin fla-manlarını oluşturur.

(3)

AKTİN REORGANİZASYONU

Şigellalar, kolon epitel hücrelerini invaze ettikten sonra sitoplazmada aktin reorganizasyonu ile kendile-rine bir aktin kuyruğu oluşturur ve bu kuyruğun itme gücü sayesinde sitoplazma içerisinde yer değiştirebilir. Bu yer değiştirme esnasında hücre membranına te-mas eden bakteri, membranda bir protrüzyona neden olarak, hücreler arası boşluğa hiç çıkmadan komşu hücreye geçer[10,11]. Benzer olaylar ikinci hücrede de gelişir ve böylece bakteri mukoza boyunca yayılarak apse ve ülserasyonlara neden olur (Şekil 2)[6].

Şigellalar epitel hücresi içerisine girdikten sonra; şigellalara ait “IpaB” ve “IpaC” (Ipa= invasion

plas-mid antigens) olarak bilinen virülans faktörleri tarafın-dan vakuol açılır ve şigella sitoplazmada serbest kalır. Bundan sonraki aşamada şigellaların aktin reor-ganizasyonunda rol oynayan en önemli virülans faktörü “IcsA (VirG)” olarak adlandırılan bir dış membran proteinidir. IcsA, 1102 aminoasitten oluşmuş bir proteindir ve hücrede Cdc42’yi taklit ederek aktin reorganizasyonunu başlattığı düşünül-mektedir[6]. Bu proteinin ilk 758 aminoasitten oluş-muş olan alfa bölgesi bakteri hücresi dışında eksp-rese olur ve aktin reorganizasyonunda esas rol oy-nayan kısımdır (Şekil 3)[6]. IcsA molekülleri şigella hücresinde unipolar olarak konuşlanmıştır. Bu

saye-Şekil 2. Şigellanın epitel içine girmesi ve takip eden olaylar. 1-4: Hücreye giriş ve vakuol içindeki şigellanın sitoplazmada serbest kalması, 5: Bakterinin bir ucunda aktin flamanlarından oluşmuş bir kuyruk oluşması (bakterinin gerçekleştirdiği aktin reorganizasyonu sayesinde), 6: Aktin flamanları tarafından itilen şigellanın, hücre zarına temas ettikten sonra zarda protrüzyon oluşması ve komşu hücreye giriş, 7: Komşu hücrede, her iki hücrenin zarlarından oluşmuş çift zarlı vakuol içerisinde şigella, 8,9: Bakterinin serbestleşmesi ve yeni bir aktin kuyruğunun oluşumu (6 no’lu kaynaktan alınmıştır).

Şigella 1 2 3 4 Epitel hücresi 5 6 7 8 9

IcsA

Alfa bölgesi Beta bölgesi

758. aminoasit 1102. aminoasit

Şigella dış membranı

(4)

de aktin kuyruğu bakterinin her tarafında değil, tek bir ucunda oluşur (Şekil 4).

IcsA, konak hücresi içerisinde WASP ailesi pro-teinlerinden spesifik olarak sadece N-WASP ile bağ-lanır. Konak hücresindeki N-WASP ile bakterinin IcsA’sı arasındaki bu bağlanma özgüllüğü, muhte-melen şigellaların hangi hücreler içerisinde aktini kullanarak hareket edebileceğini belirleyen bir un-surdur[1].

N-WASP, şigellaların aktin reorganizasyonu için elzem bir proteindir ve hücrede aktin nükleasyonu-nu tetikleyen tek faktör olan Arp2/3 kompleksini uyarır. N-WASP iki farklı formda bulunur. Birincisi, VCA bölgesinin örtülü olduğu inaktif form, ikincisi ise IcsA ile bağlandığında ortaya çıkan ve VCA böl-gesinin açık olduğu aktif form (Şekil 5). Uyarılan

Arp2/3 kompleksi, N-WASP üzerinde VCA bölge-sine bağlanır (Şekil 5). Bu bağlanmadan sonra, ak-tin nükleasyonu gerçekleşir ve monomerlerin ard arda eklenmesi ile aktin flamanı hızla uzamaya baş-lar (Şekil 5)[6].

Aynı olay birçok koldan devam ettiğinden, bir sü-re sonra şigellanın bir ucunda birçok aktin flamanın-dan oluşan bir aktin kuyruğu oluşur ve bakteri, hüc-re içerisinde hahüc-reket edebilmeye başlar.

Aktin polimerizasyonu esnasında, profilin mole-küllerinin N-WASP üzerinde “prolin-zengin bölge” olarak adlandırılan bölgeye bağlandığı saptanmıştır. Fakat bu olayın ve profilin moleküllerinin aktin poli-merizasyonu üzerindeki rolü ve gerekliliği kesin ola-rak ortaya konulamamıştır. Yapılan bir çalışmada profilin mutant bakterilerle infekte hücrelerde şigella Şigella

IcsA proteinleri

Şekil 4. Şigella hücresinde IcsA molekülleri tek bir uçta konuşlanmıştır. Bu sayede aktin kuyruğu bakterinin tek ucunda oluşur ve bakteriye hareket kazandırır (6 no’lu kaynaktan alınmıştır).

1. Basamak 2. Basamak 3. Basamak V C A Pro GBD PH Bağlanır İnaktif N-WASP IcsA P P P P P P Aktin monomerleri Arp2/3 kompleks Profilin A C V A C V Pro GBD PH Pro GBD PH IcsA IcsA

Şigella

Uzayan aktin flamanı VCA bölgesi

Aktif N-WASP

Şekil 5. Aktin kuyruğu oluşumu. A: Asidik bölge, C: Kofilin homoloji bölgesi, V: Verprolin homoloji bölgesi, Pro: Prolin-zengin bölge, GBD: GTPaz bağlanma bölgesi, PH: Pleckstrin homoloji bölgesi (6 no’lu kaynaktan alınmıştır).

(5)

motilitesinin belirgin olarak azaldığı gösterilmiştir. Aynı çalışmada; “prolin zengin bölge” mutant N-WASP proteinlerinin bulunduğu ortamda şigellalar-da aktin kuyruğu oluşumu %90 azalırken, listeriya-larda herhangi bir değişiklik saptanamamıştır[12].

Profiline benzer şekilde; kofilin moleküllerinin de şigellaların aktin reorganizasyonundaki rolü tam ola-rak anlaşılamamıştır. Ancak, şigellaların aktin kuyru-ğu boyunca kofilin moleküllerinin varlığı immünflo-resan yöntemiyle gösterilmiştir[13].

Şigellaların aktin reorganizasyonunda Cdc42’nin rolü bazı çalışmalarda indirekt olarak gösterilmiş ol-masına rağmen halen tartışmalıdır. Yapılan bir çalış-mada, şigella ile infekte bir hücreye inaktif Cdc42 mikroenjeksiyonu bakterinin motilitesini yavaşlat-mış, aktif Cdc42 mikroenjeksiyonu ise arttırmış-tır[14]. Diğer bir çalışmada ise, sitoplazma ekstraktı-na “Rho family GTPaz” inhibitörü eklendiğinde şi-gella motilitesi inhibe olurken, aynı ortama pür Cdc42 eklenmesiyle bu inhibisyon kısmen de olsa ortadan kalkmıştır[15].

Şigellalar aktin reorganizasyonunu, hücre içine girişte de kullanır. Konunun ayrıntıları tam olarak anlaşılmamış olmakla beraber; şigellanın “tip III sek-resyon sistemi” üyeleri olan proteinlerin, bakteriye ait invazyon plazmid antijenleri olan “IpaA”, “IpaB”, “IpaC” ve “IpaD”nin epitel hücresi membranına sekrete edilmelerini sağladıkları düşünülmektedir.

IpaB ve IpaC epitel hücre membranında bir por olu-şumunu sağlar ve daha sonra IpaC etkisiyle aktin polimerizasyonu gerçekleşir. Membranın hemen al-tında oluşan bu aktin flamanlarının itici etkisi ile, şi-gella etrafında filopodial bir yapı oluşur ve bakteri hücre içine doğru çekilir (Şekil 6)[1,16].

SONUÇ

Şigellalar yanında; listeriyalar, riketsiyalar ve vaccinia virüs de memeli hücresi içinde hareket edebilmek için aktin moleküllerini ve hücrede zaten var olan sistemleri kendi amaçlarına uygun olarak kullanmaktadır. Ancak bu konu ile ilgili en ayrıntılı çalışmalar şigellalarla yapılmıştır. Şigellaların aktin reorganizasyonu bu konuda bir model teşkil etme-si ve diğer etkenlere oranla şigellalarda virülans üzerine etkisi nedeniyle çok daha fazla önem arz etmektedir.

Aktin reorganizasyonu ve bu reorganizasyonda rol alan moleküllerle ilgili günümüzde birçok konu henüz aydınlatılamamıştır. Ancak son yıllarda yapı-lan çalışmalarda bu konu ile ilgili önemli bilgilere ula-şılmakta olup; gelecekte bu mikroorganizmaların pa-togenezini ayrıntılı olarak anlamada ve artık antibi-yotik denizinin tükendiği, kayalıklarla karşı karşıya olduğumuz dünyada yeni tedavi/profilaksi ve aşı uy-gulamalarına ışık tutmada; bu çalışmaların yol göste-rici olacağı açıktır.

1. Basamak

2. Basamak

IpaC tarafından tetiklenen aktin polimerizasyonu

Şigella

IpaC IpaB

Hücre membranı

Şigella Hücre membranına şekildeğiştirten aktin flamanları

(6)

KAYNAKLAR

1. Jennison AV, Verma NK. Shigella flexneri infection: Pathogenesis and vaccine development. FEMS Microbiol Rev 2004;28:43-58.

2. Kotloff KL, Noriega F, Losonsky GA, et al. Safety, im-munogenicity, and transmissibility in humans of CVD 1203, a live oral Shigella flexneri 2a vaccine candidate attenuated by deletions in aroA and virG. Infect Immun 1996;64:4542-8.

3. Lett MC, Sasakawa C, Okada N, et al. VirG, a plasmid-coded virulence gene of Shigella flexneri: Identification of the virG protein and determination of the complete coding sequence. J Bacteriol 1989;171:353-9. 4. Makino S, Sasakawa C, Kamata K, Kurata T, Yoshikawa

M. A genetic determinant required for continuous rein-fection of adjacent cells on large plasmid in S. flexneri 2a. Cell 1986;46:551-5.

5. Sansonetti PJ, Arondel J, Fontaine A, d’Hauteville H, Bernardini ML. OmpB (osmo-regulation) and icsA (cell-to-cell spread) mutants of Shigella flexneri: Vaccine can-didates and probes to study the pathogenesis of shigello-sis. Vaccine 1991;9:416-22.

6. Goldberg MB. Actin-based motility of intracellular micro-bial pathogens. Microbiology and Molecular Biology Re-views 2001;65:595-626.

7. Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Wal-ter P (eds). Moleculer Biology of the Cell. 4thed. New York: Garland Science, Taylor & Francis Group Co., 2002.

8. Stradal TE, Rottner K, Disanza A, Confalonieri S, Inno-centi M, Scita G. Regulation of actin dynamics by WASP and WAVE family proteins. Trends Cell Biol 2004;14:303-11.

9. Chan AY, Bailly M, Zebda N, Segall JE, Condeelis JS. Role of cofilin in epidermal growth factor-stimulated ac-tin polymerization and lamellipod protrusion. J Cell Biol 2000;148:531-42.

10. Ally S, Saver NJ, Loureiro JJ, Snapper SB, Getrler F, Goldberg MB. Shigella interactions with the actin cytos-keleton in the absence of Ena/VASP family proteins. Celluler Microbiology 2004;6:355-66.

11. Wing HJ, Goldman SR, Ally S, Goldberg MB. Modulati-on of an outer membrane protease cModulati-ontributes to the vi-rulence defect of Shigella flexneri strains carrying a mu-tation in the virK locus. Infection and Immunity 2005;73:1217-20.

12. Mimuro H, Suzuki T, Suetsugu S, Miki H, Takenawa T, Sasakawa C. Profilin is required for sustaining efficient intra- and intercellular spreading of Shigella flexneri. J Biol Chem 2000;275:28893-901.

13. Gouin E, Gantelet H, Egile C, et al. A comparative study of the actin-based motilities of the pathogenic bacteria

Listeria monocytogenes, Shigella flexneri and Rickett-sia conorii. J Cell Sci 1999;112:1697-708.

14. Suzuki T, Mimuro H, Miki H, et al. Rho family GTPase Cdc42 is essential for the actin-based motility of shigella in mammalian cells. J Exp Med 2000;191:1905-20. 15. Suzuki T, Saga S, Sasakawa C. Functional analysis of

Shigella VirG domains essential for interaction with vin-culin and actin-based motility. J Biol Chem 1996;271: 21878-85.

16. Bourdet-Sicard R, Egile C, Sansonetti PJ, Tran Van Nhi-eu G. Diversion of cytoskeletal processes by Shigella du-ring invasion of epithelial cells. Microbes Infect 2000; 2:813-9.

Yazışma Adresi:

Yrd. Doç. Dr. Hanefi Cem GÜL Gülhane Askeri Tıp Akademisi İnfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji Anabilim Dalı Etlik-ANKARA

E-posta: hcgul@yahoo.com

Referanslar

Benzer Belgeler

Bitkide büyümeyi yöneten doğal ve yapay hormonlar “Büyümeyi düzenleyiciler” olarak tanımlanmaktadır1. Büyümeyi düzenleyici maddeler

Bu bölge uzama olsaydı kök tüyleri toprak partiküllerine sarılır, yapışır ve kopardı. Köy tüyleri

[r]

Pertussis bakterisinin yüzey proteinleri yardımıyla gerçekleşen ve ilk aşama olan solunum yolu hücrelerine tutunma sürecinde hastalık anti- biyotiklerle kontrol

Bunlardan belki de en tehlikeli olan “topluluk-ba¤lant›l› MRSA” (community-associated MRSA / CA-MRSA) okul, hapishane, soyunma odalar› gibi toplu halde bulunulan yerlerde

Ama, Amerikal› bir grup zoologun sinkrotron X-›fl›nlar›yla elde ettikleri yeni bulgulara göre, sözü edilen böcekler bunu insanlar gibi yap›yorlar.. Dünyada en kalabal›k

• Endositik vakuol parçalanır ve bakteri hücre içinde serbest kalır. • Hücre içinde çoğalırken polar aktin polimerizasyonu

Bu araştırma Kırıkkale ilinden 12 Ağustos 2009 tarihlerinde yakalanan Apodemus sylvaticus örneğinin sitokrom b ve β-aktin genlerinin Polimeraz Zincir Reaksiyonu