フラジェリンは、細菌の鞭毛の一部である構造体であるフィラメントのタンパク質です。バクテリアの大多数は、フラジェリンを1種類しか持っていません。ただし、2つを超えるものもあります。
このタンパク質の分子サイズは30 kDaと60 kDaの間で異なります。たとえば、腸内細菌科ではその分子サイズは大きく、特定の淡水細菌では小さいです。
出典：ダートマス大学ダートマス電子顕微鏡施設
フラジェリンは、宿主細胞の接着と侵入を可能にする病原性因子です。さらに、それは自然免疫および適応免疫反応に関与する多くの種類の細胞の強力な活性化因子です。
べん毛の微細構造と可動性
べん毛は細胞表面に固定されています。これは3つの部分で構成されています。1）細胞表面から伸びており、剛性のある中空円筒構造のフィラメント。2）細胞壁と膜層に埋め込まれ、いくつかのリングを形成する基底体; および3）フック。基礎本体をフィラメントに結合する短い湾曲した構造。
基底体はべん毛の最も複雑な部分です。グラム陰性菌では、中央の列に接続された4つのリングがあります。グラム陽性では、2つのリングがあります。べん毛の回転運動は基底体で起こります。
バクテリアの表面のべん毛の位置は、生物によって大きく異なり、次のような場合があります。2）極性、2つ以上; または3）多数の側べん毛を伴う周皮性。ペリプラズム空間にあるスピロヘータのような内鞭毛もあります。
Helicobacter pyloriは、6〜8個の単極性べん毛を持っているため、非常に流動的です。粘液を介したpH勾配により、ピロリ菌は自身を配向させ、上皮細胞に隣接する領域に定着します。シュードモナス属菌は、糖からの走化性を示し、病原性に関連する極性鞭毛を持っています。
フラジェリンの構造
中央領域は種と同じ属の亜種の間で非常に変動する一方で、フラジェリンタンパク質配列の顕著な特徴は、N末端領域とC末端領域が高度に保存されていることです。この超可変性は、サルモネラ属の何百もの血清型の原因です。
フラジェリン分子は、末端領域を介して互いに相互作用し、重合してフィラメントを形成します。この場合、末端領域はフィラメントの円筒構造の内側に向かって配置され、中央の領域は外側に向かって露出しています。
塩がないと解重合するチューブリンフィラメントとは異なり、バクテリアのフィラメントは水中で非常に安定しています。チューブリンの約20,000サブユニットがフィラメントを形成します。
H. pyloriとPseudomonas aeruginosaのフィラメントでは、2つのタイプのフラジェリンが重合されています。fliAとFlaBは、fliC遺伝子によってコードされています。FlaAsは不均一であり、いくつかのサブグループに細分され、分子量は45〜52 kDaの間で変化します。FlaBは均質で、分子量は53 kDaです。
多くの場合、フラジェリンのリジン残基はメチル化されています。さらに、FlaAのグリコシル化やFlaBのチロシン残基のリン酸化などの他の修飾があり、その機能はそれぞれ病原性と輸出シグナルです。
細菌における鞭毛フィラメントの成長
バクテリアの惨劇は実験的に取り除くことができ、その再生を研究することができます。フラジェリンサブユニットは、この構造の内部領域を介して輸送されます。それらが極端に達すると、サブユニットはHAP2またはFliDと呼ばれるタンパク質（「キャップタンパク質」）の助けを借りて自発的に追加されます。
フィラメントの合成は、独自のアセンブリによって行われます。つまり、フラジェリンの重合には酵素や因子は必要ありません。
フィラメントの組み立てに関する情報は、サブユニット自体にあります。したがって、フラジェリンサブユニットは重合して、完全なものを形成する11のプロトフィラメントを形成します。
緑膿菌とミラビリスプロテウスのフラジェリン合成は、エリスロマイシン、クラリスロマイシン、アジスロマイシンなどの抗生物質によって阻害されます。
免疫系の活性化因子としてのフラジェリン
最初の研究は、サルモネラ菌からのフラジェリンがナノモル以下の濃度で、前単球細胞株におけるサイトカインの強力な誘導物質であることを示した。
その後、炎症誘発性応答の誘導には、フラジェリンと自然免疫系の細胞の表面受容体との間の相互作用が含まれることが示された。
フラジェリンと相互作用する表面受容体は、toll-5タイプ（TLR5）です。その後、組換えフラジェリンを用いた研究では、超可変領域が欠けていると、免疫応答を誘発できないことが示されました。
TLR5は、リンパ球、好中球、単球、マクロファージ、樹状細胞、上皮細胞、リンパ節などの免疫系の細胞に存在します。腸では、TLR5は微生物叢の構成を調節します。
グラム陰性菌は通常、III型分泌システムを使用して、フラジェリンを宿主細胞の細胞質に移動させ、一連の細胞内イベントを引き起こします。したがって、細胞内環境のフラジェリンは、NAIPファミリーのタンパク質（アポトーシス阻害タンパク質/ NLRファミリー）によって認識されます。
その後、フラジェリン-NAIP5 / 6複合体はNOD様受容体と相互作用し、感染と損傷に対する宿主の反応を引き起こします。
フラジェリンと植物
植物はフラジェリンセンシング2（FLS2）経路を介してこのタンパク質を認識します。後者はロイシンリピートリッチ受容体キナーゼであり、TLR5と相同です。FLSは、フラジェリンのN末端領域と相互作用します。
FLS2へのフラジェリンの結合は、MAPキナーゼ経路のリン酸化を生成します。これは、真菌や細菌による感染に対する防御を仲介するタンパク質の合成に至ります。
一部のナイトシェード植物では、フラジェリンもFLS3受容体に結合できます。このようにして、FLS2によって媒介される防御を回避する病原体から身を守ります。
アジュバントとしてのフラジェリン
アジュバントは、抗原に対する細胞性または体液性の応答を高める材料です。多くのワクチンは免疫反応が悪いため、優れたアジュバントが必要です。
多数の研究により、アジュバントとしてのフラジェリンの有効性が実証されました。これらの調査は、ワクチンに組み換えフラジェリンを使用することで構成され、動物モデルを使用して評価されました。ただし、このタンパク質はまだ臨床試験のフェーズIに合格していません。
研究された組み換えフラジェリンには、以下のものがあります。フラジェリン–インフルエンザウイルスヘマトグルチニンのエピトープ1。マンソン住血吸虫のフラジェリン-エピトープ; フラジェリン–大腸菌由来の熱安定性毒素。フラジェリン-プラスモディウム表面タンパク質1; フラジェリン–他の組換え体の中でも、ナイルウイルスのエンベロープタンパク質。
ヒト用ワクチンのアジュバントとしてフラジェリンを使用することにはいくつかの利点があります。これらの利点は次のとおりです。
1）それは非常に低用量で効果的です。
2）IgE応答を刺激しません。
3）別のアジュバントAgの配列を、TLR5を介したフラジェリンシグナル伝達経路に影響を与えることなく、フラジェリン配列に挿入できます。
フラジェリンの他の用途
フラジェリン遺伝子は多様性を示すので、特定の検出、または種や株の同定に使用できます。
たとえば、PCR / RFLPの組み合わせは、北米の大腸菌分離株におけるフラジェリン遺伝子の分布と多型の研究に使用されています。
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