revisão anual de patologia de plantas-2010

Sistema secretório tipo III – 1

RAPP – Volume 18, 2010

SISTEMA SECRETÓRIO TIPO III

Gilvaine Ciavareli Lucas

1, Ricardo Magela de Souza

1*, Ana Beatriz

Zacaroni1, Roberto Lanna Filho

1, Henrique Monteiro Ferro

1,

Flávia Mara Vieira Lelis1

1Universidade Federal de Lavras (UFLA), Departamento de Fitopatologia,

Caixa Postal 3037, CEP 37200-000, Lavras, MG, Brasil. *Autor para

correspondência: [email protected]

RESUMO

O Sistema de secreção tipo III (T3SS) é um mecanismo bacteriano

que media interações elaboradas com seus hospedeiros. Este sistema é

essencial para a virulência de bactérias Gram-negativas, atuando na

exportação de proteínas durante a interação destas com seus hospedeiros.

Estas proteínas podem atuar principalmente em alterações na via de

sinalização celular e no estímulo à patogênese e respostas imunes. O T3SS

pode ser explorado para fins benéficos, como o desenvolvimento de

estratégias para neutralizar interações nocivas entre fitobactérias e plantas

hospedeiras, bem como no desenvolvimento de vacinas, terapias anti-câncer

e estudos evolutivos.

SUMMARY

SECRETION TYPE III

The Type III Secretion System (T3SS) is a mechanism that mediates

bacterial interactions with their hosts. This system is essential for the

virulence of Gram-negative bacteria, acting in the export of proteins during

their interactions with hosts. These proteins can act mainly through

alterations in cell signalization and pathogenesis and stimulations of immune

responses. The T3SS can be exploited for beneficial purposes, such as

developing strategies to neutralize harmful interactions between

phytobacteria and host plants, as well as the development of vaccines, anti-

cancer therapies, and evolutionary studies.

2 – Gilvaine Ciavareli Lucas et al.


Key words: Gram-negative bacteria, phytobacteria, mammals bacteria,

diseases control.

INTRODUÇÃO Bactérias patogênicas a animais e a plantas estão constantemente

desenvolvendo sofisticadas estratégias para infectar seus hospedeiros. A

colonização bacteriana de um hospedeiro muitas vezes depende de proteínas

extracelulares, o que torna a investigação dos sistemas de secreção dessas

proteínas um importante foco da pesquisa microbiológica.

Secreção é geralmente definida como o transporte ativo da proteína

através da membrana citoplasmática bacteriana, enquanto a translocação

refere-se ao transporte das proteínas através da membrana celular do

hospedeiro. Até o momento, seis sistemas de secreção de proteínas foram

identificados: tipo I, II, III, IV, V e VI (Thanassi & Hultgren, 2000) (Figura

1), sendo o sistema de secreção tipo III o alvo da presente revisão.

As proteínas bacterianas secretadas possuem diversas funções,

dentre elas, aderir e degradar a parede celular das plantas a fim de suprimir

suas respostas de defesa e, levar DNA e proteínas até o citoplasma de células

vegetais (Arnold et al., 2009).

O Sistema de secreção tipo I consiste de 3 elementos: uma proteína

ABC (ATP-binding cassette); uma proteína de fusão de membrana, que

forma uma ponte entre as membranas externa e interna; e uma proteína do

canal de poros da membrana externa (Schmitt & Tampé, 2002). O sistema de

secreção tipo I permite a secreção em uma única etapa de uma ampla gama

de substratos do citoplasma para o espaço extracelular, sem um intermediário

periplásmico (Gerlach & Hensel, 2007). As proteínas bacterianas conhecidas

por serem exportadas pelo sistema ABC são predominantemente proteases,

lipases e haemolisinas (Preston et al., 2005). Pseudomonas syringae pv.

tomato possui 15 ABC com especificidades para arabinose, xilose, ribose e

outros açucares derivados de plantas, além de proteção osmótica (Buell et al.,

2003). Pseudomonas syringae pv. syringae secreta proteína anti-

congelamento e P. syringae pv. phaseolicola as toxinas phaseolotoxina e

siringomicina (Feil et al., 2005).

O sistema de secreção tipo II está envolvido na exportação de várias

proteínas, enzimas, toxinas e fatores de virulência de uma ampla variedade de

bactérias Gram-negativas. O sistema é um processo de dois estágios onde as

proteínas para serem secretadas são primeiramente translocadas (ou

exportadas) através da membrana citoplasmática por uma translocase (Sec ou

Tat) e então transportadas através da membrana externa. Cerca de 12 a 15



Figura 1. Modelo modificado de Buttner & Bonas (2002) demonstrando os

sistemas de secreção de proteínas em bactérias Gram-negativas.

Das seis principais rotas de secreção de proteínas de bactérias

Gram-negativas, quatro dependem do sistema Sec para o

transporte de proteínas através da membrana interna (MI). Auto

transportadores (também conhecidos como sistema de secreção

tipo V) mediam o transporte de domínio de passagem através da

membrana externa (ME). Secreção pela rota da chaperona requer

uma chaperona e uma proteína da ME. O mais complexo sistema

de secreção o do tipo II, que media o transporte de toxinas e

enzimas extracelulares, envolve 12 a 16 proteínas, sendo a maioria

associada com a MI. Quatro proteínas da MI são propostas para

formar uma estrutura semelhante ao pilus que poderia atuar como

um pistão para empurrar proteínas através do poro da ME

(indicado por uma seta). O sistema de secreção tipo IV transporta

uma variedade de substratos, sendo que alguns requerem o sistema

Sec para secreção (a), enquanto outros, como os complexos T-

DNA-proteína de Agrobacterium tumefaciens são exportados

diretamente do citosol (b). Os sistemas de secreção tipo I e III são

Sec-independentes. O sistema de secreção do tipo I secreta toxinas,

proteases, haemolisinas e lípases no meio extracelular, enquanto o

tipo III também media a liberação de proteínas de virulência na

célula hospedeira. Apêndices extracelulares estão associados com

vários sistemas de secreção tipo III e tipo IV.



genes são essenciais para um sistema de secreção tipo II funcional (Russel,

1998).

O sistema de secreção tipo III é o mais importante em termos de

patogenicidade de fitobactérias dos gêneros: Pseudomonas, Xanthomonas,

Erwinia e Ralstonia. Permite não somente a secreção de proteínas para fora

da célula, mas também a translocação direta de proteínas para o interior das

células do hospedeiro (Gerlach & Hensel, 2007).

No sistema de secreção tipo IV as proteínas envolvidas têm

homologia com componentes de conjugação. O sistema é caracterizado por

sua habilidade em translocar proteínas (ou complexos) e DNA

extracelularmente. Estas transferências podem ser entre organismos afastados

filogeneticamente (Gerlach & Hensel, 2007). O exemplo melhor estudado é

de Agrobacterium tumefaciens. Neste caso, o T-DNA da bactéria passa para

a célula da planta hospedeira junto com a proteína VirD2, que o direciona

para o núcleo (Christie, 2004).

O sistema de secreção tipo V é referido como de auto transporte e é

dependente do sistema Sec. As proteínas são secretadas através da membrana

interna via sistema Sec, onde o C-terminal da proteína constitui uma unidade

de translocação. Uma estrutura barril beta na membrana externa permite que

ocorra secreção do domínio de passageiros. O domínio de passageiros pode

ser clivado da unidade de translocação e liberado extracelularmente (Gerlach

& Hensel, 2007). É encontrado em Xylella e Xanthomonas e contém genes

que codificam adesinas associadas à superfície.

Um protótipo do sistema de secreção tipo VI tem sido descrito para

translocação extracelular de sequências de protéinas hidrofóbicas sem o N-

terminal (Pukatzki et al, 2006).

1. Sistema de Secreção Tipo III (T3SS)

Muitas proteínas que desempenham uma função na virulência de

bactérias patogênicas Gram-negativas não são apenas secretadas, mas

também translocadas diretamente através da membrana da célula bacteriana

para o citoplasma da célula hospedeira, onde podem interferir em processos

celulares e reprimir as defesas do hospedeiro. Neste caso, as bactérias usam o

sistema de secreção tipo III (Galán & Collmer, 1999) (Fig. 2).



Figura 2. Modelo modificado de Buttner & Bonas (2002) demonstrando um

modelo hipotético para o sistema de secreção tipo III. (a) Aparato

do sistema de secreção do tipo III de Yersinia spp. O sistema de

secreção tipo III media a secreção de proteínas efetoras, proteínas

da agulha e componentes do translocon, que são presumivelmente

YopB, YopD e LcrV. No citoplasma bacteriano, YopB e YopD

são associados a uma chaperona LcrH. LcrV se liga a proteína

regulatória citosólica LcrG. (b) Aparato de secreção do tipo III de

Xanthomonas campestris pv. vesicatoria. A translocação de

proteínas secretadas pelo sistema de secreção tipo III pela

membrana celular da planta requer a proteína translocon HrpF,

essencial para a patogenicidade da bactéria. Entre as proteínas

translocadas estão as de avirulência (Avr), que determinam o

reconhecimento do patógeno pelas plantas que carregam os genes

de resistência correspondentes às doenças.



O T3SS é o único mecanismo bacteriano que media interações

elaboradas com seus hospedeiros. Este sistema é essencial para a virulência

de bactérias Gram-negativas e atua na exportação de proteínas durante a

interação destas com seus hospedeiros. Está presente em diversas bactérias

patogênicas a animais e plantas e também em endosimbiontes (Gophna et al.,

2003; Jin et al., 2003).

A descoberta do sistema de secreção do tipo III vem sendo

reconhecida como o maior avanço no estudo das interações entre bactéria e

célula hospedeira. Vários tipos de interações entre proteínas efetoras e

componentes das células do hospedeiro têm resultado em alterações na via de

sinalização celular (Galan, 2001; Juris et al., 2002; Neish, 2004), na

arquitetura do citoesqueleto (Nhieu e Sansonetti, 1999; Galan & Zhou, 2000;

Nougayrede et al., 2003) e na estimulação de respostas imunes contra

translocados epítopos de proteínas em células do hospedeiro (Russmann,

2004; Russmann et al., 1998). O maquinário de secreção do tipo III é essencial para a

patogenicidade de Bordetella bronchiseptica, Burkholderia pseudomallei,

Chlamydia pitsitacii, Erwinia amylovora, Erwinia crysanthemi,

Escherichia coli patogênica, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas

syringae, Ralstonia solanacearum, Rhizobia spp., Salmonella typhimurium,

serovares de Salmonella enterica, Escherichia coli, Shigella flexneri e

Xanthomonas campestris, bem como três espécies de Yersinia spp. Todos

estes organismos empregam maquinário do tipo III para secretar proteínas

através do seu envelope celular. Entretanto, a destinação final e função desses

fatores de virulência secretados diferem entre os microrganismos e podem

determinar sua estratégia de patogenicidade (Hueck, 1998; Cheng &

Schneewind, 2000; Cornelis & Van Gijsegem, 2000).

2. COMPONENTES DO T3SS

Os componentes dos sistemas de secreção do tipo III são em geral

codificados por genes fisicamente ligados e, normalmente, cerca de 20 a 35

genes são necessários para uma secreção do tipo III e/ou translocação

funcional (Hueck, 1998).

O T3SS foi primeiramente descoberto em Yersinia, bactéria

patogênica de mamíferos, e desde então tem sido encontrado em diversas

bactérias Gram-negativas patogênicas a plantas e a mamíferos (He, 1998;

Buttner & Bonas, 2002). Yersinia spp. secretam via T3SS pelo menos 14

proteínas Yop (“Yersinia outer proteins”) diferentes. Os genes que codificam



Yops, bem como aqueles que codificam o sistema de secreção tipo III (genes

ysc), estão localizados em um plasmídeo de virulência ativado em baixas

concentrações de íons de cálcio e na temperatura de 37 ºC (Yother et al.,

1986) (Fig. 3).

Figura 3: Modelo modificado de Cheng & Schneewind (2000)

demonstrando as vias de exportação tipo III de Yersinia spp. patogênica. O

maquinário de secreção tipo III (genes ysc e lcr), os substratos de secreção

(genes yop) e chaperonas (genes syc) são codificados em um plasmidio de

virulência de 70-kb (pYV). A temperatura de 37 ºC ativa a expressão do gene

VirF, um ativador de transcrição, que induz a expressão de genes ysc e lcr. O

contato com células eucarióticas, como exemplo os macrófagos, induzem

Yersinia spp. a ativar seu maquinário do tipo III e as proteínas de transporte

Yop.

Segundo Rosqvist et al. (1994), a alta concentração de cálcio nos

tecidos humanos provavelmente inibe o T3SS, entretanto, o contato com

células do hospedeiro induz a Yersinia spp. a secretar proteínas Yops. O

Macrófago

Translocação



contato físico entre a bactéria e a célula hospedeira parece ser um pré-

requisito para a translocação de proteínas (Fig 4).

Figura 4. Modelo modificado de Mota et al. (2005) demonstrando a

regulação do sistema de secreção tipo III (T3SS). No T3SS, uma

primeira resposta a condições ambientais específicas do

hospedeiro garante a montagem do injetor e expressão de certas

proteínas efetoras. No entanto, a secreção só ocorre quando um

sinal específico é desencadeado. Na ausência de contacto com a

célula hospedeira, a secreção é impedida por um complexo

multiproteíco dos reguladores de T3SS que de alguma forma

bloqueiam o acesso dos substratos do T3SS ao injectisome. ME-

membrana externa; PG- peptideoglicano; MI- membrana interna.

Os sinais de secreção tipo III e translocação residem nos

aminoácidos terminais de proteínas secretadas. Em trabalho realizado com

proteínas efetoras de Yersinia spp., verificou-se que duas regiões entre os 15

e 100 primeiros aminoácidos estão envolvidos na secreção e/ou translocação

de proteínas (Sory & Cornelis, 1994; Sory et al., 1995; Schesser et al., 1996).

Além disso, postula-se uma participação da região 5‟ do mRNA na

sinalização da secreção (Anderson & Schneewind, 1997; Anderson et al.,

1999; Lloyd et al., 2001a; Lloyd et al., 2001b). Ademais, a secreção de várias

proteínas efetoras requer a presença de chaperonas citosólicas, responsáveis



por impedir a agregação ou degradação dessas no citoplasma bacteriano.

Segundo Isberg & Dumenil (2001), a associação com chaperonas também

pode ser importante no reconhecimento eficiente de proteínas efetoras pelo

T3SS.

Os substratos do T3SS são sintetizados no citoplasma bacteriano e

secretados por uma nano-máquina injetora, através da membrana bacteriana

interna, periplasma e da membrana externa. Algumas destas proteínas

secretadas („„translocators”), inserem-se na membrana plasmática da célula

hospedeira e mediam a translocação de efetores através do plasma eucariótico

ou das membranas vacuolares no citosol da célula hospedeira. Acredita-se

que a secreção dos efetores através das membranas bacteriana e a

translocação através da membrana eucariótica ocorrem em uma única etapa.

Além das proteínas efetoras e de translocação, o sistema T3SS também

secreta componentes injetores e proteínas regulatórias. Todo o processo é

rigidamente controlado para permitir a secreção de proteínas de forma

eficiente, em local e tempo certo (Fig 4).

A expressão dos genes responsáveis pelo sistema de secreção tipo III

é regulada em bactérias através de diferentes estratégias. Fatores

transcripcionais específicos assim como os componentes globais de regulação

estão envolvidos na regulação de genes no nível de transcrição. Em alguns

casos, a expressão do gene é regulada pelo processo de secreção em si;

sistemas de controle pós-traducional também estão envolvidos (Marlovits et

al., 2004; Goure et al., 2004). Aproximadamente 20 proteínas estão envolvidas no processo de

secreção do tipo III, das quais pelo menos nove são conservadas em

diferentes espécies bacterianas. Provavelmente, estas constituem os

principais componentes do aparelho de secreção (Hueck, 1998; He, 1998).

Além disso, oito destas proteínas conservadas são homólogas aos

componentes do corpo flagelar basal (Minamino & Macnab, 1999; Young,

1999), como relatado em Salmonella typhimurium, Shigella flexneri e

Escherichia coli (Kubori et al., 1998; Tamano et al., 2000; Blocker et al.,

2001; Sekiya et al., 2001).

O fato de várias proteínas do T3SS estarem intimamente

relacionadas com as proteínas de exportação flagelar levou à hipótese de que

esse sistema evoluiu de flagelos. Gophna et al. (2003) reconstruíram a

história evolutiva de quatro proteínas de secreção tipo III conservadas

(SctN/FliI, SctV/FlhA, SctR/Flip e SctS/FliQ) e suas relações filogenéticas

com parólogos flagelares através da comparação de árvores filogenéticas

deduzidas das sequências 16S de rDNA. Assim, os autores observaram que o

T3SS e o mecanismo de exportação flagelar possuem um ancestral comum,



porém evoluíram de forma independente, refutando a hipótese de que os

genes T3SS evoluíram a partir de genes que codificam proteínas flagelar.

3. T3SS E PATOGÊNESE

Proteínas translocadas através das membranas lipídicas, conhecidas

por proteínas efetoras, são injetadas diretamente no citoplasma de células

hospedeiras eucarióticas. Dentro do citoplasma da célula eucariótica, os

efetores burlam a sinalização da célula hospedeira em benefício da bactéria,

no caso de patógenos, ou de ambos, no caso de simbiontes (Hueck, 1998;

Cornelis & Van Gijsegem, 2000; Ghosh, 2004; Mota et al., 2005).

A habilidade de isolados de Pseudomonas syringae se

multiplicarem no apoplasto da planta e causar doença é dependente do

sistema de secreção do tipo III e de proteínas efetoras secretadas através

desse sistema (Lindgren, 1997; He, 1998), que irão alterar processos

celulares do hospedeiro e promover o desenvolvimento da doença. Em adição

ao T3SS, isolados de P. syringae podem possuir determinantes adicionais de

virulência, tais como fitotoxinas capazes de aumentar sua agressividade

(Bender et al., 1999; Katagiri et al., 2002; Jin et al., 2003).

Várias moléculas efetoras foram identificadas com base na sua

atividade de avirulência, onde os genes Avr são transcritos e seus produtos

gênicos reconhecidos pelas proteínas R (gene R), que intervém no processo

de virulência do patógeno (Lucas, 1998; Bent & Mackey, 2007). Entretanto,

quando o produto do gene Avr interage com plantas suscetíveis (ausentes

gene R), inicia-se a patogênese. A identificação de mutantes bacterianos hrp em Pseudomonas

syringae pv. phaseolicola ajudou a esclarecer este processo (Lindgren et al.,

1986; Alfano & Collmer, 2004). A resposta de hipersensibilidade (HR) é uma

defesa freqüentemente associada ao gene R em plantas resistentes,

acarretando na morte de células vegetais no sítio de infecção (Heath, 2000).

Mutantes hrp perderam a habilidade de causar HR em plantas resistentes,

mas por outro lado mantiveram a patogênese em plantas suscetíveis,

provando a evidencia da atividade de avirulência e virulência das moléculas

efetoras.

Assim, pode-se inferir que os genes Avr possuem funções essenciais para a

virulência do patógeno (Saito et al., 1987; Harrison, 2002; Bent & Mackey,

2007).

Recentemente foram identificadas moléculas efetoras relacionadas

aos genes Hop. Estes genes codificam para proteínas hrp externas, que

podem ter atividade Avr em alguns hospedeiros (Alfano & Collmer, 2004;

Bent & Mackey, 2007). O número de moléculas efetoras que o patógeno



introduz nas células hospedeiras pelo sistema de secreção tipo III pode variar

de 20 a 100 (Cunnac et al., 2004; Lindeberg et al., 2006; Bent & Mackey,

2007).

Pesquisas revelaram que moléculas efetoras possuem capacidade de

suprimir as respostas de defesa induzidas por MAMPs (padrões moleculares

associados a micróbios). A inibição do sinal ativado pelos MAMPs é de

extrema importância para a virulência bacteriana. Assim, bactérias que

produzem moléculas efetoras não adaptadas ou que não são capazes de

introduzí-las nos hospedeiros não são patogênicas, pelo menos em parte, pois

não conseguem inibir a sinalização do MAMP (Bent & Mackey, 2007).

Várias efetoras do T3SS inibem a morte celular causada pela HR.

Uma molécula efetora do T3SS pode inibir HR previamente ativada

por outro efetor reconhecido por determinada proteína R. Por exemplo,

AvrPphC impede uma HR induzida pelo AvrPphF/proteína R nas principais

cultivares de feijão (Jackson et al., 1999). Da mesma forma, AvrRpt2

bloqueia especificamente a HR induzida pela RPM1 (proteína R) em

Arabdopsis (Nurnberger & Scheel, 2001). (Axtell & Staskawicz, 2003;

Mackey et al., 2003). Algumas destas moléculas são inibidores generalizados

da morte programada de células, cujos efeitos são observados em células de

leveduras (Abramovitch et al., 2003; Jamir et al., 2004).

4. T3SS E RESPOSTA DE DEFESA EM PLANTAS

O T3SS desempenha papel importante na sinalização da resposta de

defesa em plantas, causando “efeito dominó” de reações que culminam na

expressão de proteínas de defesa. Isso porque a maquinaria do T3SS media a

transferência de proteínas exógenas à célula da planta, as quais são

reconhecidas por receptores específicos presentes na membrana plasmática,

ou no citoplasma (Lanna Filho & Resende, 2009). Essa especificidade de

reconhecimento eliciador-receptor se enquadra no contexto da interação

gene-a-gene (Abramovitch et al., 2003; Mackey et al., 2003; Meyers et al.,

2003; Lanna Filho & Resende, 2009). Neste processo, além do

reconhecimento estão presentes proteínas vigilantes, ditas guardas,

envolvidas na supressão da patogênese (Fig 5) (Tang et al., 1999; De Wit,

2002; Pedley & Martin, 2003; Xiao et al., 2003; Belkhadir et al., 2004; Innes,

2004; Mucyn et al., 2006).



Figura 5. Representação esquemática do sistema guarda em resposta ao

ataque de uma fitobactéria hipotética (representado pelo

retângulo). (a) A proteína-guarda do hospedeiro é posicionada para

ser alvo direto da proteína Avr, que interagem dinamicamente

sinalizando para a ligação da proteína-guarda R e outras proteínas.

(b) A proteína (R) do hospedeiro não reconhece a da proteína Avr.

Com isso, ocorre o processo de doença na planta.

Na interação entre fitobactéria-planta o T3SS é expresso

rapidamente quando a fitobactéria está no interior da planta (Rahme et al.,

1992). Com a ativação do T3SS as proteínas efetoras são ejetadas para dentro

da célula da planta, mas podem ser interceptadas por proteínas receptoras do

hospedeiro, ancoradas na membrana plasmática ou, presentes no citoplasma

(Hammond-Kosack & Jones, 2002). Esse reconhecimento culmina na

sinalização para a resposta de defesa da planta contra a invasão da

fitobactária, resultando na resistência (Fig 6A). Todavia outras proteínas

estão associadas ao complexo eliciador-receptor desencadeando a transdução

de sinais para expressão das proteínas de defesa. A essas proteínas

associativas dá-se o nome de guardas (Fig 6B), as quais são fundamentais

para equalizar os eventos pertinentes a defesa da planta (Lanna Filho &

Resende, 2009). O T3SS para a mediação da ejeção das proteínas efetoras em células

de plantas é mais elucidado em espécies de Xanthomonas spp. e



Pseudomonas spp. (Kim et al., 2005; Gürlebeck et al., 2006; Kay & Bonas,

2009). Como exemplo, espécies de Xanthomonas spp. sintetizam as proteínas

efetoras XopD e AvrBs3 que estão envolvidas no processo de patogênse e

sinalização para a resposta de defesa (Kay e Bonas, 2009). A proteína efetora

XopD de X. vesicatoria induz o crescimento e retarda o início da clorose e

necrose foliar, promovendo a infecção tardia em plantas de tomate,

presumivelmente para sustentar a população bacteriana no tecido infectado

(Kim et al., 2008). No entanto, a proteína de importação α e β complexa-se a

AvrBs3 sinalizando para a transcrição de genes de defesa presentes no núcleo

(Gürlebeck et al., 2006; Kim et al., 2008). Notadamente, a proteína de

importação α desempenha o papel das proteínas-guardas reconhecendo

diretamente a proteína efetora AvrBs3 e sinalizando para a proteína de

importação β se ligar ao complexo mediando-o para dentro do núcleo (Fig 7).

Assim, é desencadeada a cascata de defesa que culmina em diversas reações,

como a reação de hipersensibilidade (HR) e hipertrofia (Gürlebeck et al.,

2006).

Outro sistema de defesa importante modulado pelo T3SS está

relacionado à P. syringae pv. tomato (Martin et al., 2003; Wu et al., 2004;

Mucyn et al., 2006). No apoplasto a fitobactéria estabelece contato com uma

célula do hospedeiro e dispara via T3SS as proteínas efetoras AvrPto e

AvrPtoB (Barinaga, 1996; Galan & Collmer, 1999; Hammond-Kosack &

Jones, 2002; Mucyn et al., 2006; Lin & Martin, 2007). Em seguida, a

proteína Pto interage fisicamente com as moléculas efetoras, mas não sinaliza

para o início da resposta de defesa. Isso ocorre porque a proteína Pto é

dependente da proteína Prf para iniciar o dominó de eventos que resultam na

morte da fitobactéria. Notadamente a Prf é a proteína-guarda responsável por

ancorar ao complexo AvrPto-Pto ou AvrPtoB-Pto sinalizando para a

transcrição de genes de defesa (Fig 8).

No caso da defesa de Arabidopsis thaliana a P. syringae o T3SS

libera as três proteínas efetoras AvrB, AvrRpm1 e AvrRpt2 no citoplasma

celular da planta (De Wit, 2002; Mackey et al., 2003; Innes, 2004). O alvo

dessas moléculas efetoras é a proteína do hospedeiro RIN4, que interage

fisicamente com a proteína RPM1 (Mackey et al., 2002; Axtell &

Staskawicz, 2003; Mackey et al., 2003). Esta, por sua vez, desempenha o

importante papel no reconhecimento da interação AvrB-RIN4 ou AvrRpm1-

RIN4, iniciando o disparo da resposta de defesa contra a ação da fitobactéria

(Innes, 2004). Assim, de acordo com o sistema guarda, RPM1 seria a

proteína-guarda e RIN4 o alvo das proteínas efetoras do T3SS (Fig 9) (De

Wit, 2002; Mackey et al., 2002; Mackey et al., 2003; Belkhadir et al., 2004).



Figura 6. Esquema da interação direta e indireta entre eliciador e receptor

culminando na resistência de plantas a fitobactérias. (A) Interação

direta entre eliciador e receptor resultando na sinalização da

resposta de defesa em plantas, não havendo o envolvimento de

proteínas guardas. (B) Interação indireta na qual a sinalização para

a resposta de defesa é ativa somente com o acoplamento da

proteína guarda no complexo eliciador receptor.

Embora as respostas de defesa em plantas desencadeadas pela ejeção

de proteínas efetoras pelo T3SS, em alguns casos, tenham sido elucidadas,

ainda é obscuro o processo de ativação do T3SS no aploplasto. O estudo

pormenorizado da funcionalidade dos componentes do T3SS e de seus

interferentes poderia levar a idealização de um produto que inativasse o

disparo das proteínas efetoras no citoplasma das células hospedeiras,

evitando assim, o processo de patogênse. No entanto, enquanto os estudos

não nos levam para essa possibilidade, o aparato de defesa em plantas

continua sendo alvo de inúmeros estudos para elucidar o efeito das proteínas

guardas no contexto da interação gene-a-gene.



Figura 7. Modelo modificado de Kim et al. (2008) demonstrando a função

molecular do T3SS mediando o disparo das proteínas efetoras

XopD e AvrBs3 no citosol da célula hospedeira. No citosol o

XopD é transportado para o núcleo e leva a supressão de genes

associados a defesa e senescência, resultando no atraso do sintoma

e aumento da multiplicação bacteriana. Enquanto AvrBs3 interage

diretamente com a proteína guarda de importação α e

indiretamente com a proteína de importação β, esta direciona o

complexo protéico ao núcleo para a transcrição de genes de defesa.



Figura 8. Modelo proposto por Martin et al. (2003) e modificado por Lanna

Filho e Resende (2009) mostrando a potencial rota de sinalização

da resistência em plantas de tomate contra Pseudomonas syringae

pv. tomato iniciada pela injeção da proteína efetora no citoplasma

via T3SS. A proteína-guarda Prf está envolvida no reconhecimento

do complexo AvrPto-Pto, para que haja o início da resposta de

defesa envolvendo a ativação dos fatores de transcrição (Pti4, Pti5

e Pti6) e da proteína Pti1. Assim, ocorre a expressão de proteínas

relacionadas à patogênese (PRPs).



Figura 9. Modelo adaptado de De Wit (2002) para o sistema guarda em

Arabidopsis thaliana, mostrando comparativamente resistência e

suscetibilidade à Pseudomonas syringae. A proteína de resistência

(R) é a RPM1 e as de avirulência são AvrB e AvrRpm1, aqui

representadas como Avr. A proteína RIN4 em contato com as

proteínas efetoras fosforila (circulo P) e aumenta a sua

concentração e atividade como regulador negativo da resistência

basal da planta. (A) Em plantas suscetíveis, o baixo grau de defesa

resulta no progresso da doença. (B) As plantas resistentes fazem

uso da proteína-guarda RPM1 para a percepção da interação Avr-

RIN4, desencadeando para a reação de hipersensibilidade que

previne a multiplicação da fitobactéria.

5. PERSPECTIVAS

A elucidação do funcionamento do sistema de secreção tipo III

(T3SS) é um importante fator, pois contribui para o desenvolvimento de

estratégias de controle de doenças. Além do que, estudos visando ao controle

de bactérias patogênicas a mamíferos podem ser extrapolados para plantas,

dado que o sistema de secreção é semelhante.



O T3SS tem potencial significativo para ser explorado com fins

benéficos visando ao desenvolvimento de estratégias para neutralizar

interações nocivas entre fitobactérias e plantas hospedeiras, bem como

estudos evolutivos.

Com o advento da biologia molecular, técnicas como o

seqüenciamento genômico permitem acelerar a caracterização de genes

identificados por meio de abordagens tradicionais e sua funcionalidade.

LITERATURA CITADA

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