Attori principali nei TCRS. Processi biologici in cui sono coinvolti sistemi a due componenti. Numero di TCRS nel genoma batterico

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1 rocessi biologici in cui sono coinvolti sistemi a due componenti Utilizzazione di elementi necessari alla crescita (azoto); NtrC Virulenza (BvgAS di Bordetella pertussis) Resistenza a metalli pesanti (pco) Resistenza ad antibiotici (VanS/VanR in Gram+) Degradazione di sostanze organiche (XylS/XylR) Adesione a substrati solidi (AlgZ) Numero di TCRS nel genoma batterico VARIA DA 0 (Mycobacteria) fino a 80 (Symechocystis) Il numero tipico varia da 20 a 60 (E. coli 30, B. subtilis 70), cioè 0.5%-2.5% del genoma totale. Attori principali nei TCRS roteina Sensore: in grado di sentire cambiamenti ambientali, direttamente o indirettamente (salinità/pressione osmotica, temperatura, O 2, ecc.) Il TCRS (Two Components Regulatory System) è la via di trasduzione del segnale predominante nei procarioti. Segnale ambientale (o fisiologico) Sistemi a 2 componenti modulatore roteina regolatrice: innescata dalla proteina sensore. Attivatore e/o repressore della trascrizione (attività di legame al DNA e/o interazione con RNA polimerasi) input H transmitter Histidine protein kinase (HK) D receiver effector Response regulator (RR) DNA H= istidina D= Acido aspartico In genere tramite un helix-turn-helix motif (HTH)

2 Motivi delle proteine sensori-i Motivi delle proteine regolatrici Es.: sensore EnvZ eriplasma (o spazio extracellulare nei Gram+) Membrana citoplasmatica H HisKA Citoplasma La fosforilazione dell aspartato determina un cambio conformazionale all interno della proteina D Resp.Reg. DNAb HAM= resente in Istidine Chinasi, Adenilato ciclasi Metilasi Fosforilasi HisKA= Dominio di autofosforilazione Linker: trasmette il cambio conformazionale al dominio di DNA-binding His/Asp ed altri sistemi La trasduzione del segnale tramite cascata di fosforilazione avviene prevalentemente mediante Histidine kinase in procarioti, mediante fosforilazione di Ser/Thr/Tyr in eucarioti Esempi di entrambi i meccanismi di cascata di fosforilazione sono però presenti sia in Bacteria che in Eucarya Risposta ad osmolarità roteine di membrana esterna Fattori di virulenza Aerobiosi/anaerobiosi Motilità cellulare Chemiotassi Sporulazione

3 Motivi delle proteine sensori-ii Un sistema modello semplice di sistema di regolazione a due componenti: EnvZ/OmpR AT H D H ercezione del segnale (extra-citoplasmatico) Interazione EnvZ-Zn 2+? HisKA RespReg Trasduzione del segnale (assaggio al RR) Inserire più passaggi di fosforilazione nella catena di trasmissione del segnale significa consentirne una regolazione, aumentando la soglia di attivazione ed impedendo così un attivazione inutile di uno o più sistemi regolativi Attivazione del RR e della trascrizione dei geni bersaglio 66KD Ceppo: WT ompr debole Osmolarità forte Osmolarità debole forte L inattivazione di ompr comporta un riarrangiamento significativo dell espressione delle proteine di membrana esterna 43KD 30KD OmpC OmpF OmpA Aumento dell attività auto-kinasica Attività kinasica costante Attività fosfatasica De-fosforilazione di OmpR Fosforilazione di OmpR

4 EnvZ è un omodimero; La fosforilazione avviene in trans su un istidina in posizione 243 (a valle del motivo HAM) (Ulteriore modulazione della trasduzione del segnale.) Regioni conservate e cambi di conformazione successivi alla fosforilazione La fosforilazione al residuo D induce un cambio di conformazione che si propaga al dominio di legame al DNA. Mg 2+ Gruppo aa carichi negativamente Sito fosf.: D55 I regolatori di risposta ricevono Il gruppo fosfato generalmente nella loro parte N-terminale (Attività di legame al DNA: parte C-terminale) % di frequenza di aa nella regione di ricezione del fosfato calcolata su 68 RR Sostituzioni dell acido aspartico portano ad una proteina inattiva (nella maggior parte dei casi) o costitutiva. In OmpR, la sostituzione conservativa D55E porta ad una proteina attiva costitutivamente. Questo suggerisce che i cambiamenti di conformazione indotti dalla fosforilazione non debbano necessariamente essere drammatici Meccanismo di feedback: una concentrazione troppo alta di OmpR- può determinare repressione dell espressione di geni ompr-dipendenti Alcuni sistemi a due componenti hanno prevalentemente un ruolo di repressione della trascrizione Sito ad alta affinità (attivazione a bassa [OmpR-]) Siti a bassa affinità (legame e repressione ad alta [OmpR-])

5 Da due componenti a Multistep : cascate di regolazione più complesse Analisi genomica applicata allo studio dei TCRS: Geni la cui espressione è (co)-regolata dal sistema Rcs Componenti periplasmatici eriplasma RcsC HK Hpt Membrana YojN O 4 RcsA/RcsB Citoplasma I componenti periplasmatici nei sistemi di trasduzione del segnale non possono essere fosforilati a partire dall AT (donatori alternativi di /reazione catalizzata da altre proteine)

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