tweecomponentsystemen

Tweecomponentensystemen, ook wel tweecomponent signaltransductiesystemen genoemd, zijn een veelvoorkomend type signaaloverdracht bij bacteriën en archaea. Ze stellen cellen in staat om snel te reageren op veranderingen in hun omgeving, zoals stress, missende nutriënten of wijzigingen in ionenconcentraties. Dit type systeem is modular en toepasbaar op uiteenlopende stimuli, waardoor het een belangrijke bouwsteen is van microbieel gedrag en aanpassing.

Het klassieke ontwerp bestaat uit twee hoofdonderdelen: een sensor histidinekinase (HK) en een response regulator (RR). De HK bevindt zich vaak in het celmembraan en detecteert een stimulus. Bij detectie fosforyleert de HK zichzelf op een histidineresidu met behulp van ATP, waarna het fosfaat wordt overgedragen aan een conserveerde aspartaatresidu op de RR. De RR verandert hierdoor van activiteit, meestal door het activeren of repressief beïnvloeden van genexpressie of enzymatische activiteit. De regulatie kan weer worden teruggedraaid doordat de HK of RR zelf phosphatase-activiteit vertoont, waardoor de RR weer gedephosphorylatie wordt en de signaalrespons afneemt. Sommige systemen omvatten extra stappen of hybride kinases, wat leidt tot een fosforelais met meerdere stappen.

Verspreiding en functie: tweecomponentensystemen komen wijdverspreid voor in bacteriën en archaea en spelen een sleutelrol bij regulatie van osmoregulatie, stikstof- en fosfaatopname, stressrespons, virulentie en biofilmbouw. Voorbeelden zijn EnvZ-OmpR (Escherichia coli) en PhoP-PhoQ (Salmonella), die als paradigme worden beschouwd in de bestudering van signaaltransductie.

Netwerken en specificiteit: systemen zijn vaak deel van complexe regulatoire netwerken met meerdere HKs en RRs, waarbij specificiteit en minimale kruisreactie essentieel zijn voor betrouwbare signaaloverdracht. Toepassingen in synthetische biologie maken gebruik van deze modulariteit voor het bouwen van sensoren en regulatorische circuits.