Flagelline

Als Flagelline wird eine Gruppe von Proteinen bezeichnet, die in Flagellen (= Geißeln) von Bakterien und Archaeen vorkommen. In Verbindung mit den Motorproteinen an der Basis der Flagellen dienen sie der Fortbewegung in Flüssigkeiten.

Flagelline sind sind glykosylierte globuläre Proteine der Hauptbestandteil der Flagellen, die sich aus 20.000 bis 30.000 helikal angeordneten Flagellineinheiten zusammensetzen. Die Molekülgröße von Flagellin reicht von 20 bis 60 kDa. Flagelline sind glykosylierte globuläre Proteine die sich spontan zu hohlen Zylindern mit einem inneren Durchmesser von etwa 2 nm zusammenlagern. Der äußere Durchmesser liegt bei 20 nm. 

Eines der charakteristischsten Merkmale des Flagellins zeigt sich bereits in der Primärstruktur des Moleküls: Die Aminosäuresequenzen der beiden terminalen Regionen sind gut konserviert, während die der zentralen Region selbst zwischen Arten oder Unterarten derselben Gattung sehr variabel ist. Diese Hypervariabilität der zentralen Region ist der Grund für die Entstehung von Hunderten von Serotypen von Salmonella spp.  Flagellin kann posttranslational modifiziert werden. Salmonella-Flagellin wird an mehreren Lys-Resten durch eine Methylase methyliert, die vom fliB-Gen kodiert wird, das dem fliC-Gen benachbart ist. Pseudomonas syringae Flagellin ist an sechs Ser-Resten glykosyliert.

Die Proteindomänen des Flagellins sind von innen nach außen nummeriert (D0 bis D3), wobei beide Termini in der Domäne D0 liegen. Das Verhältnis aus langen und kurzen Protofilamenten bestimmt die Windung des Flagellums.

So weisen beispielsweise molekularbiolgische Daten bei humanpatogenen Borrelien-Species wie Borrelia burgdorferi sensu stricto, Borrelia garinii und Borrelia afzelii daraufhin, dass die Flagellin-Gene für die Borrelien-Taxonomie nützlich sind, da sie artspezifische Restriktionsstellen enthalten (Fukunaga M et al. 1996).

In Säugetieren bindet der Toll-like-Rezeptor 5 (TLR5) an Flagelline, wodurch in Epithelzellen und dendritischen Zellen die angeborene Immunantwort aktiviert wird. In dendritischen Zellen wird zusätzlich die Bildung von T-Helferzellen der adaptiven Immunantwort angeregt. Daher werden Flagelline als Adjuvans untersucht (Mizel SB et  al. 2010).

1. Fedorov OV et al. (1984) Multidomain of flagellin. J Mol Biol 175:83-87.
2. Fujita Y 2012) Overview and outlook of Toll-like receptor ligand-antigen conjugate vaccines. Ther Deliv 3:749-760.
3. Fukunaga M et al. (1996) Phylogenetic analysis of Borrelia species based on flagellin gene sequences and its application for molecular typing of Lyme disease borreliae. Int J Syst Bacteriol 46:898-905
4. Mizel SB et  al. (2010) Flagellin as an adjuvant: cellular mechanisms and potential. J Immunol. 2010 Nov 15;185(10):5677-82.
5. Lagunova EK et al. (2022) Co-infections with multiple pathogens in natural populations of Ixodes persulcatus ticks in Mongolia. Parasit Vectors 15:236.