tweecomponentensystemen

Tweecomponentensystemen zijn een veelgebruikte vorm van signaaltransductie bij veel bacteriën en bij enkele archaea. Ze bestaan doorgaans uit twee kernonderdelen: een sensorhistidinekinase die een stimulus detecteert en autophosforyleert, en een response regulator die na fosforylering de activiteit of de genexpressie reguleert. Het systeem laat organismen snel reageren op veranderende milieuomstandigheden zoals osmolariteit, pH, voedingsstoffen en stress.

Het signaalstartpunt is de sensorhistidinekinase, meestal membraangebonden. Bij detectie van een stimulus ontstaat een fosfaatgroep die wordt overgedragen op een conserved histidine in de kinase. Vervolgens wordt het fosfaat overgedragen op een conservate aspartaatrest in de corresponding response regulator. Meestal verandert de gefosforyleerde RR de transcriptie van doelgenen, waardoor cellulaire functies zoals metabolisme, transport of virulente eigenschappen worden aangepast. In veel gevallen verloopt de fosforylering via directe overdracht van HK naar RR, maar sommige systemen gebruiken een derde component, een histidinefosfotransferprotein (HPt), waardoor een meerlagige fosforylering ontstaat.

Variatie komt voor in de complexiteit en schakeling. Eenvoudige tweecomponentensystemen bestaan uit één sensor en één regulator, terwijl er also varianten zijn met meerdere stappen of met meerdere RRs die gereguleerd worden door één HK. Daarnaast bestaan er ‘orphan’ componenten zonder duidelijke partner, evenals cross-talk en feedbackmechanismen die de specificiteit en dynamiek van de signaaloverdracht bepalen.

Voorbeelden en functies zijn onder meer regulatie van porinexpressie, oxidatieve en nitro-responscapaciteiten, en aanpassingen in virulentie bij pathogenen. Tweecomponentensystemen zijn ook interessante doelen voor antimicrobiële therapieën en voor toepassingen in synthetische biologie, waar ze gebruikt worden om cellen te laten reageren op specifieke stimuli.