Estudos estruturais e funcionais de STM3615 de Salmonella enterica: uma proteína contendo ambos os domínios GGDEF-EAL envolvidos na biossíntese de c-di-GMP

Autor(es)

Flávio Rodolfo Rosseto

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Física de São Carlos (IFSC/BT)
• Data de defesa: 2016-12-12

Membros da banca

Marcos Vicente de Albuquerque Salles Navarro; Artur Torres Cordeiro; Antônio José da Costa Filho; Frederico José Gueiros Filho; Glaucius Oliva

• Orientador: Marcos Vicente de Albuquerque Salles Navarro

Resumo

A formação de biofilmes bacterianos é um fenômeno bem conhecido, caracterizado pela formação de uma comunidade bacteriana estática, embebida em uma matriz exopolimérica, regulada pela molécula sinalizadora c-di-GMP. Os domínios proteicos que catalisam a síntese (GGDEF) e degradação (EAL e HD-GYP) de c-di-GMP estão presentes em grande quantidade em quase todos os genomas bacterianos sequenciados até hoje. Dentre as diversas proteínas envolvidas nas vias de sinalização mediadas por esse nucleotídeo, uma grande parcela são proteínas transmembranares que possuem ambos domínios GGDEF e EAL. Funcionalmente, esses domínios se apresentam em todas combinações: ambos degenerados ou conservados e combinações GGDEF-degenerado/EAL-conservado ou vice-versa. Enquanto que domínios conservados potencialmente apresentam atividade catalítica, os degenerados geralmente convertem-se em domínios estruturais ou receptores de c-di-GMP. Embora recentes estudos estruturais revelaram detalhes de proteínas com ambos domínios degenerados (LapD) ou ativos (MorA), pouco se sabe sobre uma das combinações mais representativas: GGDEF-degenerado/EAL-conservado. Nesse trabalho, realizamos um estudo estrutural e funcional da proteína STM3615 de Salmonella enterica, que apresenta um domínio periplasmático de função desconhecida, seguido pelos domínios citoplasmáticos HAMP, GGDEF-degenerado e EAL-conservado. Através de diferentes construções citoplasmáticas solúveis de STM3615, confirmamos que essa proteína apresenta atividade fosfodiesterase, mesmo quando o domínio EAL encontra-se isolado. Corroborando com sua atividade catalítica, estudos em solução, tais como SAXS e cromatografia de exclusão molecular, mostraram que o EAL isolado de STM3615 é dimérico, um pré-requisito para ser ativo. Utilizando uma construção com os domínios GGDEF-EAL determinamos sua estrutura cristalográfica a uma resolução de 2,5 Å. Comparada com proteínas de arquitetura próxima, como o receptor de c-di-GMP LapD de Pseudomonas fluorescens, ou a enzima bifuncional MorA de Pseudomonas aeruginosa, sua estrutura se assemelha muito mais a essa última. Em particular, a hélice que conecta os domínios GGDEF e EAL possui a mesma extensão que a de MorA, maiores que a encontrada em LapD. Como a hélice pequena de LapD está relacionada com sua plasticidade conformacional interdomínios, a estrutura apresentada nesse trabalho sugere as proteínas dual domain cataliticamente ativas (EAL-mono ou bifuncionais) sejam estruturalmente rígidas. Combinando esses resultados com uma análise computacional feita em outras 150 sequências representativas de proteínas dual domain, propomos mecanismos catalíticos distintos para as enzimas bifuncionais e as EAL-monofuncionais. Enquanto que essas últimas formam dímeros estáveis através do domínio EAL, numa conformação apta para interagir e degradar c-di-GMP, as enzimas bifuncionais apresentam transições oligoméricas mediadas por interação de c-di-GMP com EAL, impondo atividades ciclase (GGDEF) e fosfodiesterase (EAL) excludentes. Por fim, baseados nesses mecanismos e na arquitetura de STM3615, ainda especulamos mecanismos funcionais in vivo compatíveis com o tema emergente de interações proteicas e localização do sinal nas vias de sinalização mediadas por c-di-GMP. (AU)

• Processo FAPESP: 12/01711-5 - Estudos estruturais e funcionais de receptores de c-di-GMP transmembranares envolvidos em virulência e formação de biofilmes bacterianos
• Beneficiário: Flávio Rodolfo Rosseto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado