Monomeric Esterase: Insights into Cooperative Behavior, Hysteresis/Allokairy

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Vinces, Tania Churasacari ; de Souza, Anacleto Silva ; Carvalho, Cecilia F. ; Visnardi, Aline Biazola ; Teixeira, Raphael D. ; Llontop, Edgar E. ; Bismara, Beatriz Aparecida Passos ; Vicente, Elisabete J. ; Pereira, Jose O. ; de Souza, Robson Francisco ; Yonamine, Mauricio ; Marana, Sandro Roberto ; Farah, Chuck Shaker ; Guzzo, Cristiane R.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: BIOCHEMISTRY; v. 63, n. 9, p. 16-pg., 2024-04-26.

Resumo

Herein, we present a novel esterase enzyme, Ade1, isolated from a metagenomic library of Amazonian dark earths soils, demonstrating its broad substrate promiscuity by hydrolyzing ester bonds linked to aliphatic groups. The three-dimensional structure of the enzyme was solved in the presence and absence of substrate (tributyrin), revealing its classification within the alpha/beta-hydrolase superfamily. Despite being a monomeric enzyme, enzymatic assays reveal a cooperative behavior with a sigmoidal profile (initial velocities vs substrate concentrations). Our investigation brings to light the allokairy/hysteresis behavior of Ade1, as evidenced by a transient burst profile during the hydrolysis of substrates such as p-nitrophenyl butyrate and p-nitrophenyl octanoate. Crystal structures of Ade1, coupled with molecular dynamics simulations, unveil the existence of multiple conformational structures within a single molecular state (E-1). Notably, substrate binding induces a loop closure that traps the substrate in the catalytic site. Upon product release, the cap domain opens simultaneously with structural changes, transitioning the enzyme to a new molecular state (E-2). This study advances our understanding of hysteresis/allokairy mechanisms, a temporal regulation that appears more pervasive than previously acknowledged and extends its presence to metabolic enzymes. These findings also hold potential implications for addressing human diseases associated with metabolic dysregulation. (AU)

• Processo FAPESP: 21/10577-0 - Centro de Pesquisa em Biologia de Bactérias e Bacteriófagos (CEPID B3)
• Beneficiário: Shaker Chuck Farah
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 19/12234-2 - Estudos Estruturais sobre o Pilus tipo IV e T4SS de Xanthomonas citri
• Beneficiário: Edgar Enrique Llontop Cornejo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 22/08730-7 - Biologia estrutural de proteínas aplicada na compreensão da sinalização c-di-GMP e de sistemas secretórios bacterianos
• Beneficiário: Cristiane Rodrigues Guzzo Carvalho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 21/05262-0 - Estudo da sinalização c-di-GMP envolvendo LIC_11920 em Leptospira interrogans
• Beneficiário: Aline Biazola Visnardi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 19/00195-2 - Compreensão das redes de sinalização c-di-GMP e do sistema de secreção tipo II presentes no patógeno humano Leptospira interrogans Copenhageni
• Beneficiário: Cristiane Rodrigues Guzzo Carvalho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 17/17303-7 - Estrutura e função de sistemas de secreção bacterianas
• Beneficiário: Shaker Chuck Farah
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 20/04680-0 - Desenho de diferentes fragmentos da proteína de superfície, spike, do SARS-CoV-2, para desenvolvimento de testes rápidos e de vacina
• Beneficiário: Cristiane Rodrigues Guzzo Carvalho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular