De assemblage van het bacteriële flagellum is een uiterst gecoördineerd proces dat niet alleen afhankelijk is van het tegelijkertijd aanmaken van de eiwitten, maar ook van de volgorde waarin deze eiwitten op de juiste plaats worden ingebouwd. Hier is hoe dit proces werkt:

1. Assemblage volgorde: stapsgewijs proces

De assemblage van het flagellum gebeurt in een specifieke volgorde, omdat de latere structuren vaak afhankelijk zijn van de eerder gebouwde onderdelen.

1.1 Basale Lichaam

• Het proces begint met het bouwen van het basale lichaam, dat verankerd wordt in de celwand en het celmembraan.
• Volgorde:
  • MS-ring: FliF vormt de fundering in het binnenste membraan.
  • Exportapparaat: Eiwitten zoals FlhA, FlhB, FliP, FliQ, en FliR vormen het Type III-secretiesysteem dat de assemblage regelt.
  • Rod (staaf): Eiwitten zoals FlgB, FlgC, en FlgG vormen de staaf die de binnenstructuur van het flagellum ondersteunt.
  • P-ring en L-ring: FlgI en FlgH stabiliseren de structuur in de celwand en het buitenmembraan.

1.2 Haak

• Nadat de basale structuur compleet is, worden eiwitten zoals FlgE getransporteerd om de haak te vormen.
• De haak dient als een flexibele verbinding tussen het basale lichaam en het filament.

1.3 Filament

• Pas als de haak voltooid is, wordt de filamentcap (FliD) gebouwd.
• De filamentcap helpt om de subunits van flagelline (FliC) correct te plaatsen, zodat het filament zich kan verlengen.

2. Assemblage Mechanismen

Om te voorkomen dat alle eiwitten willekeurig worden ingebouwd, zijn er specifieke mechanismen die zorgen voor een gecoördineerde assemblage:

2.1 Type III Secretiesysteem

• Dit systeem fungeert als een "moleculaire spuit" om de juiste eiwitten in de juiste volgorde naar buiten te transporteren.
• Transportvolgorde:
  1. Staafeiwitten.
  2. Haakeiwitten.
  3. Filamenteiwitten.

Let op!

Het type 3 secretiesysteem, (T3SS) of type III secretiesysteem is een eiwitstructuur die gevonden wordt in Gram-negatieve bacteriën. Het systeem wordt gebruikt door pathogene bacteriesoorten, zoals Yersinia, Shigella en Salmonella, om bacteriële eiwitten in het cytosol van een gastcel te injecteren^[1]. Bacteriën vergroten hiermee hun overlevingskans door bijvoorbeeld cellen van het immuunsysteem te omzeilen of te inactiveren. Het T3SS van Shigella soorten is in staat om een gat te maken in het celmembraan van macrofagen en daarna de cel apoptose te laten ondergaan door middel van het effector eiwit IpaB^[2].

Structuur

Het T3SS heeft een structuur die lijkt op een holle naald, bestaande uit alfa-helices met een lengte van 60-80 nm en een diameter van 3 nm. Eiwitten zijn over het algemeen te groot om door de naald te kunnen, daardoor worden eiwitten ontvouwen aan de basis van de naald, dit gebeurt onder invloed van het molecuul ATPase^[3]. Bron: https://nl.wikipedia.org/wiki/Type_3_secretiesysteem

2.2 Chaperone-eiwitten

• Sommige flagellaire eiwitten zijn onstabiel of kunnen verkeerd vouwen als ze niet direct naar de juiste plek worden gebracht.
• Chaperone-eiwitten begeleiden deze eiwitten naar het exportapparaat.
  • Voorbeeld: FliS begeleidt flagelline naar het filament.

2.3 Timing door Regulatoren

• Specifieke regulatoren zorgen ervoor dat eiwitten alleen worden gemaakt wanneer ze nodig zijn:
  • FlgM: Blokkeert de expressie van filamentgenen totdat de haak volledig is gevormd.
  • Zodra de haak voltooid is, wordt FlgM geëxporteerd, en begint de productie van flagelline.

3. Zelfassemblage van Structuren

Een belangrijk kenmerk van flagellaire eiwitten is hun vermogen tot zelfassemblage:

• Zodra de juiste subunit op de juiste plaats wordt gebracht, voegen eiwitten zich spontaan samen dankzij chemische interacties tussen hun structuren.
• Bijvoorbeeld:
  • Flagelline-moleculen (FliC) polymeriseren vanzelf tot het lange filament zodra ze via het exportapparaat naar de top van de filamentcap worden getransporteerd.

4. Energetische Overwegingen

De assemblage vereist geen ATP voor elke stap, omdat:

1. Proton motive force (PMF) wordt gebruikt voor het transport van eiwitten door het Type III-exportapparaat.
2. De zelfassemblage van eiwitten minimaliseert energieverbruik.

5. Controle en kwaliteitsborging

Het systeem bevat ingebouwde controlemechanismen:

• Als een subunit ontbreekt of defect is, stopt de assemblage.
• Dit voorkomt dat een defect flagellum wordt gebouwd.

Samenvatting

Hoewel veel flagellaire eiwitten tegelijkertijd worden aangemaakt, wordt hun assemblage gestuurd door:

1. Een specifieke volgorde: Van basale structuur, naar haak, naar filament.
2. Transportmechanismen: Via het Type III-exportapparaat.
3. Chaperone-eiwitten: Voor begeleiding en stabilisatie.
4. Regulatie van genexpressie: Zorgt ervoor dat elk eiwit alleen beschikbaar is wanneer nodig.