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La ubiquitina (Ub) es una pequeña proteína de 8,6 kDa que modifica sustratos objetivo al adherirse covalentemente a ellos en su glicina C-terminal, creando un enlace isopeptídico con el grupo ε-amino de los residuos de lisina en un proceso llamadoubiquitinación 1. Este fenómeno está regido por una serie de pasos orquestados que involucran una enzima activadora de ubiquitina E1, una enzima conjugante de ubiquitina E2 y una ligasa ubiquitinaE3 1,2,3. Ub puede unirse como monómero o como cadenas de diferentes longitudes a través de sus siete residuos de lisina (Lineal/M1, K6, K11, K27, K29, K33, K48 y K63)4. Estas cadenas únicas de Ub actúan como marcadores moleculares para diversas funciones celulares, como la degradación proteasómica, el tráfico celular, la reparación del ADN y la autofagiaselectiva 3.
Aunque el papel canónico de la ubiquitinación se ha asociado durante mucho tiempo con el mantenimiento de la homeostasis celular, como degradar proteínas mal plegadas mediante proteasomas o dirigir cargas específicas hacia la autofagiaselectiva 5,6, ahora es evidente que la ubiquitina también funciona como un mecanismo crucial de detección del sistema inmunitario citosólico frente a infecciones bacterianas. Las bacterias intracelulares infiltran frecuentemente las células hospedadoras para evitar la detección por la respuesta inmunitaria extracelular y se reproducen en un entornoprotegido 7,8. Numerosos patógenos emplean sistemas secretores y toxinas para dañar irreparablemente las vacuolas que los transportan, permitiendo la fuga al citosol para obtenernutrientes 9,10. Una vez dentro del citosol, estas bacterias se decoran con cadenas de poliubiquitina por ligasas específicas de E3, actuando como una "etiqueta de muerte" molecular, que las dirige hacia la eliminación selectiva. Por ejemplo, la ligasa E3 SMURF1 interactúa con Mycobacterium tuberculosis iniciando la poliubiquitinación ligada a K48 directamente en su superficie, lo que conduce a su degradación mediante elproteasomo 11. La parkina se acumula en vacuolas que contienen bacterias y forma cadenas de ubiquitina12 vinculadas a K63, mientras que ARIH1 y LRSAM1 modifican las superficies de bacterias con cadenas K48 y K6, respectivamente, inhibiendo así el crecimientobacteriano 13,14. Aunque la mayoría de las ligases E3 se dirigen principalmente a sustratos proteicos del huésped, algunas ligases muestran una especificidad notable para componentes microbianos. RNF213 identifica y ubiquitina lipopolisacáridos (LPS) encontrados en Salmonella enterica serovarTyphimurium 15, y el complejoSCF FBXO2 reconoce glicanos bacterianos presentes en el Streptococcus del Grupo A como sustrato para la ubiquitinación16, facilitando la xenofagia. El complejoSCF FBXW7, por otro lado, reconoce motivos de degrón dentro de las proteínas superficiales de Streptococcus pneumoniae (SPN). Entre ellas se encuentran β-galactosidasa A (BgaA) y la proteína de superficie neumocócica A (PspA), que, tras ser marcadas con cadenas de poliubiquitina vinculadas a K48, se confirmaron usando anticuerpos específicos de Ub ligados a K48, presumiblemente atraen el sistema proteasomal, permitiendo la eliminación bacterianaefectiva 17.
Aunque el proceso de marcado de estos invasores citosólicos con ubiquitina está bien comprendido, el mecanismo posterior por el cual el sistema proteasómico elimina tales entidades microbianas grandes sigue siendo dudoso. Investigaciones recientes han revelado que la ATPasa AAA+ del huésped, VCP/p97 (proteína que contiene Valosina), desempeña un papel crucial en este proceso. En colaboración con cofactores como UFD1 y NPLOC4, el VCP puede identificar bacterias marcadas con poliubiquitina y extraer físicamente proteínas ubiquitinadas de la membrana bacteriana, rompiéndolas y facilitando su eliminación del entorno citosólico sin depender de la maquinariaproteasómica 18.
El citosol huésped contiene una compleja red de vías inmunitarias que funcionan en paralelo y de forma infalible para garantizar la eliminación de patógenos. Esta redundancia es crucial para una defensa sólida, pero complica los esfuerzos para identificar y examinar el papel de los factores inmunesindividuales 19. En este sentido, los sistemas de reconstitución in vitro ofrecen una plataforma útil para analizar vías específicas bajo condiciones controladas. Aquí introducimos un sistema libre de células que recapitula el proceso de ubiquitinación y pérdida de viabilidad del SPN utilizando lisados celulares de mamíferos o enzimas E1-E2-E3-Ub junto con complejos efectores purificados del huésped. En este protocolo de dos pasos, primero facilitamos la conjugación de cadenas de poliubiquitina en las bacterias, seguido de evaluar su eliminación mediante VCP/p97 en asociación con UFD1 y NPLOC4. Al reconstituir esta vía in vitro, evitamos las complejidades celulares e investigamos específicamente la capacidad del VCP para neutralizar el patógeno. Esta configuración precisa permite una exploración detallada del reconocimiento de sustratos, la especificidad de cadenas, el modo de acción del efector y los componentes esenciales necesarios para iniciar una respuesta efectiva.