Estrutura cristalina de uma subtilisina

Nature Communications volume 14, número do artigo: 1163 (2023) Citar este artigo

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Autotransportadores (ATs) são uma grande família de proteínas secretadas por bactérias e de membrana externa que abrangem uma ampla gama de atividades enzimáticas frequentemente associadas a fenótipos patogênicos. Apresentamos a caracterização estrutural e funcional de um autotransportador de subtilase, Ssp, do patógeno oportunista Serratia marcescens. Embora as estruturas das subtilases tenham sido bem documentadas, esta proteína semelhante à subtilisina está associada a uma hélice β de 248 resíduos e inclui três saliências semelhantes a dedos em torno do seu sítio ativo envolvido nas interações do substrato. Revelamos ainda que a atividade da subtilase AT é necessária para a entrada nas células epiteliais, bem como para causar toxicidade celular. A estrutura Ssp não apenas fornece detalhes sobre os ATs da subtilase, mas também revela uma estrutura e função comum para ATs mais distantemente relacionados. Como tal, estas descobertas também representam um passo significativo na compreensão dos mecanismos moleculares subjacentes à divergência funcional na grande superfamília AT.

Subtilases são um grupo diversificado de proteases principalmente extracelulares encontradas em bactérias, arquéias e eucariotos. O grupo de proteínas semelhantes à subtilisina constitui a segunda maior família de serina proteases depois da família de proteases (quimo)tripsina1. As subtilases desempenham um papel em uma ampla gama de funções biológicas, incluindo infecções bacterianas e virais, tumorigênese e metástase, patogênese de doenças, crescimento e desenvolvimento de plantas, e também são utilizadas na indústria em todo o mundo como aditivos em detergentes para lavanderia e louça2,3,4,5, 6. Embora as subtilases tenham sido extensivamente investigadas, um grupo único e amplamente descaracterizado de subtilases é encontrado como parte da superfamília de proteínas autotransportadoras bacterianas (AT).

Os autotransportadores (ATs) são a maior família de proteínas secretadas em bactérias Gram-negativas, muitas delas desempenhando papéis importantes em infecções e doenças bacterianas, incluindo adesão e invasão de células hospedeiras, formação de biofilme, além de serem potentes citotoxinas e imunomoduladores6,7. Os ATs têm uma estrutura de domínio conservada que inclui um peptídeo sinal para transporte dependente de Sec através da membrana bacteriana interna e um domínio translocador C-terminal para secreção de um domínio passageiro através da membrana externa (Fig. 1a). O passageiro transportado pela superfície é responsável pelos diferentes papéis na patogênese bacteriana (Fig. 1a), onde arquiteturas de domínio específicas permitem que os ATs possuam funções distintas, incluindo atividades enzimáticas, como atividade de protease, lipase e fosfatase.

Subtilase ATs compreendem uma das duas famílias AT que possuem atividade de protease, sendo a outra as ATs de protease semelhantes a (quimo) tripsina que incluem SPATEs (autotransportadores de serina protease de Enterobactericeae). O último grupo é indiscutivelmente os ATs mais bem caracterizados, que integram uma hélice β de três cadeias com um subdomínio de protease N-terminal como parte do seu passageiro . Por exemplo, SPATEs, como a toxina codificada pelo plasmídeo (Pet), contêm uma hélice β de ~ 600 resíduos com um subdomínio N-terminal (quimo) semelhante à tripsina que cliva substratos, incluindo espectrina, levando à ruptura do citoesqueleto . Em comparação, há menos informações sobre subtilase ATs, um grande grupo de proteínas encontradas em patógenos bacterianos que vão desde Pseudomonas spp10,11,12,13,14, Neisseria meningitidis15 e Bordetella pertussis16, entre outros. Alguns dos ATs de subtilase mais bem estudados incluem B. pertussis SphB1 e N. meningitidis NalP, ambos lipídicos e demonstraram clivar diferentes proteínas de superfície, como hemaglutinina filamentosa e a protease IgA ou proteína de ligação à lactoferrina LbpB, respectivamente . No geral, a pesquisa até o momento mostra que muitas ATs de subtilase parecem ter papéis na patogênese bacteriana, como provocar efeitos citopáticos nas células hospedeiras, conferir resistência sérica e formação de biofilme, funções que parecem também ser comuns às ATs de protease semelhante à (quimo)tripsina10 ,13,20,21,22,23.