Omeostasi del potassio: risposta di Mycobacterium tuberculosis a variazioni ambientali della concentrazione di K+ e implicazioni nella patogenesi

Lo ione potassio è essenziale per molte funzioni cellulari in Mtb, quali il mantenimento della pressione di turgore, l’omeostasi acido-base e la regolazione del potenziale di membrana. In caso di ridotta osmolarità nell’ambiente extracellulare, i batteri rilasciano K+ attraverso canali potassio specifici. Al contrario, in caso di shock osmotico, l’assorbimento di K+ avviene rapidamente attraverso il sistema Trk. I micobatteri regolano il trasporto dello ione potassio atraverso due sistemi, Trk e Kdp. Il sistema Trk è composto da due proteine: CeoB e CeoC, codificate da due geni operonici altamente omologhi, ceoB e ceoC. TrkA è una pompa per l’uptake del potassio a bassa affinità, che trasporta K+ a pH neutro in condizioni aerobiche. Il sistema Mtb Kdp è inducibile e funziona in stato di emergenza, quando le concentrazioni extracellulari di K+ sono basse o quando il sistema Trk non funziona o è assente. Esso comprende due operoni: uno dei quali contiene i geni delle proteine che rilevano e rispondono alle condizioni ambientali (kdpDE), e l'altro fornisce i geni del complesso proteico per il processo di trasporto (kdpFABC). Sebbene il segnale d’induzione preciso non sia noto, si ipotizza che KdpD non rilevi direttamente la pressione di turgore, ma percepisca la concentrazione di due cationi nel citoplasma, quali elevate [Na+] e/o [NH4+]. In seguito alla sua attivazione, KdpD autofosforila un residuo di istidina nel suo dominio citoplasmatico e trasferisce un gruppo fosfato a KdpE, che a sua volta si lega al promotore e attiva la trascrizione di KdpFABC. Quest’ultimo funziona come un antiporto primario K+/H+, che utilizza l'ATP come fonte di energia.
In studi precedenti, è stato dimostrato che Mtb mostra una marcata risposta trascrizionale all'esposizione a pH acido e che quasi la metà dei geni di Mtb indotti durante la fase iniziale dell'infezione sono pH-dipendenti.