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L'ubiquitina (Ub) è una piccola proteina da 8,6 kDa che modifica i substrati target attaccandosi covalentemente a essi nella sua glicina C-terminale, creando un legame isopeptidico con il gruppo ammino-ε dei residui della lisina in un processo chiamatoubiquitinazione 1. Questo fenomeno è governato da una serie di passaggi orchestrati che coinvolgono un enzima attivante dell'ubiquitina E1, un enzima coniugante dell'ubiquitina E2 e una ligasi E3 dell'ubiquitina 1,2,3. Ub può essere attaccato come monomero o come catene di diverse lunghezze attraverso i suoi sette residui di lisina (Lineare/M1, K6, K11, K27, K29, K33, K48 e K63)4. Queste catene uniche di Ub agiscono come marcatori molecolari per varie funzioni cellulari, come la degradazione proteasomicale, il traffico cellulare, la riparazione del DNA e l'autofagiaselettiva 3.
Sebbene il ruolo canonico dell'ubiquitinazione sia da tempo associato al mantenimento dell'omeostasi cellulare, come degradare proteine mal ripiegate tramite proteassomi o indirizzare carichi specifici verso l'autofagiaselettiva 5,6, ora è evidente che l'ubiquitina funziona anche come meccanismo di rilevamento cruciale del sistema immunitario citosolico contro le infezioni batteriche. I batteri intracellulari infiltrano frequentemente le cellule ospiti per evitare di essere individuati dalla risposta immunitaria extracellulare e si riproducono in un ambiente protetto 7,8. Molti patogeni utilizzano sistemi secretori e tossine per danneggiare irreparabilmente le vacuole che li trasportano, permettendo la fuga nel citosolo per ottenerenutrienti 9,10. Una volta nel citosol, questi batteri sono decorati con catene poliubiquitine da specifiche ligasi E3, che agiscono come un "tag della morte" molecolare, che li indirizza verso l'eliminazione selettiva. Ad esempio, la ligasi E3 SMURF1 coinvolge Mycobacterium tuberculosis avviando la poliubiquitinazione K48-legata direttamente sulla sua superficie, che porta alla sua degradazione tramite ilproteosoma 11. La parkin si accumula nelle vacuole contenenti batteri e forma catene di ubiquitinalegate a K63 12, mentre ARIH1 e LRSAM1 modificano le superfici dei batteri con catene K48 e K6, inibindo così la crescitabatterica 13,14. Sebbene la maggior parte delle ligasi E3 si concentri principalmente sui substrati proteici dell'ospite, alcune lagassi mostrano una specificità notevole per i componenti microbici. RNF213 identifica e ubiquitina lipopolisaccaridi (LPS) presenti su Salmonella enterica serovarTyphimurium 15, e il complesso SCFFBXO2 riconosce i glicani batterici presenti nello Streptococco del Gruppo A come substrato per l'ubiquitinazione16, facilitando la xenofagia. Il complessoSCF FBXW7, invece, riconosce motivi degron all'interno delle proteine di superficie di Streptococcus pneumoniae (SPN). Queste includono β-galactosidasi A (BgaA) e la proteina di superficie pneumococcica A (PspA), che, dopo il marcataggio con catene di poliubiquitina legate a K48, sono state confermate usando anticorpi specifici Ub legati a K48, presumibilmente attraggono il sistema proteasomosale, consentendo un'efficace eliminazionebatterica 17.
Sebbene il processo di marcatura di questi invasori citosolici con ubiquitina sia ben compreso, il meccanismo successivo con cui il sistema proteasomologico rimuove tali grandi entità microbiche rimane dubbio. Ricerche recenti hanno rivelato che l'ATPasi dell'ospite, VCP/p97 (proteina contenente Valosina), svolge un ruolo cruciale in questo processo. In collaborazione con cofattori come UFD1 e NPLOC4, il VCP può identificare batteri marchiati con poliubiquitina ed estrarre fisicamente proteine ubiquitinate dalla membrana batterica, rompendole e facilitando la loro eliminazione dal mezzo citosolico senza dipendere dal meccanismoproteasomico 18.
Il citosolo ospite contiene una complessa rete di vie immunitarie che funzionano in parallelo e in modo infallibile per garantire la rimozione dei patogeni. Questa ridondanza è cruciale per una difesa solida, ma complica gli sforzi per identificare ed esaminare il ruolo dei singoli fattoriimmunitari 19. A tal proposito, i sistemi di ricostituzione in vitro offrono una piattaforma utile per analizzare vie specifiche in condizioni controllate. Qui introduciamo un sistema cellulare che ricapitola il processo di ubiquitinazione e perdita di vitalità dello SPN utilizzando lisati cellulari di mammiferi o enzimi E1-E2-E3-Ub insieme a complessi di fettori dell'ospite purificati. In questo protocollo in due fasi, facilitiamo innanzitutto la coniugazione delle catene di poliubiquitina sui batteri, seguita dalla valutazione della loro eliminazione tramite VCP/p97 in associazione con UFD1 e NPLOC4. Ricostituendo questa via in vitro, bypassiamo le complessità cellulari e indagiamo specificamente la capacità del VCP di neutralizzare il patogeno. Questa configurazione precisa consente un'esplorazione dettagliata del riconoscimento del substrato, della specificità della catena, della modalità d'azione dell'effettore e dei componenti essenziali necessari per avviare una risposta efficace.