Los biólogos han resuelto la estructura de un anillo de proteínas utilizado por el sistema inmunitario para solicitar apoyo cuando está bajo ataque, lo que proporciona una nueva visión de las posibles estrategias para la protección contra los patógenos.
El estudio, dirigido por investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab) y de la UC Berkeley, utilizó microscopía crioelectrónica para capturar una imagen de alta resolución de un anillo de proteína llamado «inflamasoma», ya que estaba unido a flagelina, una proteína de la cola en forma de látigo utilizada por las bacterias para impulsarse hacia adelante.
El trabajo, publicado hoy en la revista Science, está dirigido por los investigadores del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI), Eva Nogales, científica de la Facultad de Biofísica Molecular y Bioimagen Integrada de Berkeley Lab, y Russell Vance, profesor de inmunología y patogénesis en UC Berkeley.
El inflamasoma se forma cuando NAIP5 se adhiere a una molécula de flagelina y varias copias de otra proteína, NLRC4, se unen para formar el grupo de proteínas en forma de anillo.
«Al observar nuestra estructura, podemos visualizar directamente la interfaz molecular entre flagelina y NAIP5, lo que revela cómo se reconoce la proteína bacteriana», dijo Nogales, quien también es profesor de bioquímica y biología molecular de UC Berkeley. «Descubrimos que la flagelina está en contacto con seis partes diferentes, llamadas dominios, de NAIP5, algunas de las cuales no se habían considerado importantes para reconocer la flagelina, y una de las cuales no tenía ninguna función conocida».
Los investigadores teorizan que la cantidad de regiones NAIP5 que están unidas a la flagelina es una parte importante de cómo funciona la proteína inmune.
La formación del inflamasoma desencadena una alarma química en la célula que conduce a la piroptosis, una forma particularmente dramática de muerte celular programada en respuesta a la invasión de un patógeno. Las células inmunitarias infectadas se hinchan como un globo y estallan, liberando un enjambre de citocinas que envían señales de ayuda a otras células inmunitarias.
«Las bacterias evolucionan rápidamente, se duplican en órdenes de magnitud más rápido de lo que podemos reproducirlas y crean multitud de nuevas cepas mutantes», dijo la coautora principal del estudio, Nicole Haloupek, Ph.D. estudiante en el laboratorio de Nogales. «Si solo una bacteria tuviera una mutación en flagelina que le permitiera escabullirse de NAIP5, tendría una gran ventaja y se multiplicaría. Nuestra hipótesis fue que el hecho de que tantos dominios de NAIP5 se conecten a flagelina significaba que se necesitarían mutaciones importantes para una bacteria para pasar desapercibida».
Para probar esto, los investigadores crearon una variedad de cepas de la bacteria Legionella pneumophila, que causa la enfermedad del legionario. Cada cepa tenía una versión mutante diferente de flagelina.
«Las mutaciones menores que afectaron partes individuales de la flagelina no impidieron que NAIP5 detectara la proteína bacteriana, pero las mutaciones más significativas que afectaron a un par de partes de la flagelina permitieron que la proteína bacteriana pasara desapercibida», dijo la coautora principal del estudio, Jeannette Tenthorey, investigadora nacional Becario de posgrado de la Fundación de Ciencias en el laboratorio de Vance.
A pesar de que las mutaciones importantes permitieron que los invasores se deslizaran más allá del inflamasoma, las bacterias se vieron comprometidas con flagelina disfuncional que perjudicó su movilidad.
Los investigadores también utilizaron la estructura para concebir un modelo de cómo se activa y ensambla el inflamasoma NAIP5-NLRC4.
«Creemos que antes de que NAIP5 se una a la flagelina, NAIP5 está cerrado e inactivo», dijo Vance. «Cuando la flagelina se une a NAIP5, coloca a NAIP5 en una configuración abierta y activa que expone las superficies de NAIP5 que se conectan a NLRC4. Una vez que el primer NLRC4 se conecta a NAIP5, esto crea una superficie que puede atraer moléculas NLRC4 adicionales, que luego se adhieren a la inflamasoma creciente».
Los autores del estudio señalaron que la estructura del inflamasoma presentada en este artículo podría usarse para estudiar proteínas relacionadas con el sistema inmunitario.
«Estamos especialmente interesados en saber si el reconocimiento de múltiples superficies de flagelina empleado por NAIP5 es utilizado por otros sensores inmunológicos», dijo Vance.
