Bases moleculares da degradação e do metabolismo de N-glicanos pela bactéria probiótica Bifidobacterium longum: Molecular basis of the degradation and metabolism of N-glycans by the probiotic bacterium Bifidobacterium longum

Autor(es)

Rosa Lorizolla Cordeiro

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2020-11-30

Membros da banca

Mário Tyago Murakami; Celso Eduardo Benedetti; Glaucius Oliva; Shaker Chuck Farah; Beatriz Gomes Guimarães

• Orientador: Mário Tyago Murakami

Resumo

As bifidobactérias compõem a microbiota intestinal humana e conferem diversas vantagens à nossa saúde, como na modulação do sistema imune e na proteção contra patógenos. Para sobreviver em um ambiente altamente competitivo por recursos, as bifidobactérias desenvolveram estratégias para captar, decompor, e utilizar carboidratos indigestíveis pelo hospedeiro. Alguns desses carboidratos são produzidos pelo próprio hospedeiro, como, por exemplo, os N-glicanos presentes em glicoproteínas do lúmen intestinal. Bifidobacterium longum subsp. longum NCC2705 utiliza N-glicanos como fonte de carbono, entretanto as bases moleculares do reconhecimento e desconstrução desses carboidratos eram até então parcialmente compreendidas. Neste trabalho, nós elucidamos grande parte dos mecanismos moleculares da degradação de N-glicanos por B. longum, decifrando o papel bioquímico de 5 hidrolases glicosídicas que atuam em cascata para a liberação de açúcares simples a partir desses carboidratos complexos. Em alguns casos, foi possível desvendar as estruturas tridimensionais das enzimas por cristalografia de raios X ou criomicroscopia eletrônica (Cryo-EM), que revelaram elementos estruturais inéditos para o reconhecimento de N-glicanos. Uma beta-manosidase da família GH5 de hidrolases glicosídicas tinha sua função desconhecida e se mostrou altamente especializada para o reconhecimento do dissacarídeo Man-beta-1,4-GlcNAc, que compõe o núcleo universal de N-glicanos eucariotos. Sua especificidade é ditada por uma arquitetura molecular encontrada apenas na subfamília a qual essa enzima pertence, que compreende um resíduo de triptofano swapping, uma região C-terminal com conformação induzida pela presença do substrato e um subdomínio Rossmann. Três alfa-manosidases da família GH38 são complementares na remoção de resíduos de manose que compõem os braços dos N-glicanos do tipo high manose. Dois loops divergentes entre estas enzimas delimitam seus sítios ativos e parecem determinar a preferência ao substrato para cada uma delas. Além disso, a presença de uma alfa-glicosidase no sistema indica que B. longum também é capaz de utilizar como nutriente N-glicosilações imaturas, encontradas no tecido epitelial do intestino. Por fim, desvendamos uma rota metabólica da manose, o único monossacarídeo que tinha seu metabolismo ainda elusivo nas bifidobactérias. Através da caracterização de uma nova isomerase, mostramos que B. longum metaboliza manose por uma via metabólica rara. Sendo assim, nesta tese, apresentamos as bases moleculares da degradação de N-glicanos por B. longum e um possível destino da manose no metabolismo da bactéria. As estratégias moleculares para o reconhecimento e clivagem de N-glicanos aqui reportadas podem ser utilizadas para o desenvolvimento de métodos para a detecção e tratamento de doenças relacionadas a N-glicosilações, ou mesmo como ferramentas moleculares para se caracterizar a estrutura de N-glicanos ainda desconhecidos. Além disso, este trabalho forneceu informações bioquímicas e mecanísticas da interação bactéria-hospedeiro de um dos gêneros bacterianos mais importantes para a saúde humana e que tem coevoluido com os seres humanos há milhares de anos (AU)

• Processo FAPESP: 16/00740-2 - Bases mecanísticas da adaptação evolutiva à temperatura e especificidade de hidrolases glicosídicas pertencentes a novas subfamílias GH5
• Beneficiário: Rosa Lorizolla Cordeiro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto