Translocases de undecaprenil fosfato conferem aptidão microbiana condicional

Nature volume 613, páginas 721–728 (2023)Cite este artigo

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A parede celular microbiana é essencial para a manutenção da forma celular e da resistência a estressores externos1. O principal componente estrutural da parede celular é o peptidoglicano, um glicopolímero com ligações cruzadas peptídicas localizadas fora da membrana celular1. A biossíntese e a estrutura do peptidoglicano respondem às mudanças nas condições ambientais, como pH e salinidade , mas os mecanismos subjacentes a essas adaptações não são completamente compreendidos. Precursores de peptidoglicano e outros glicopolímeros de superfície celular são sintetizados no citoplasma e depois entregues através da membrana celular ligados ao transportador lipídico reciclável undecaprenil fosfato7 (C55-P, também conhecido como UndP). Aqui identificamos as famílias de proteínas transmembranares contendo DUF368 e DedA como candidatas a translocases C55-P, preenchendo uma lacuna crítica no conhecimento das proteínas necessárias para a biogênese de polímeros de superfície celular microbiana. Bactérias Gram-negativas e Gram-positivas sem a proteína cognata contendo DUF368 exibiram defeitos de parede celular e viabilidade dependentes de alcalinidade, juntamente com níveis aumentados de C55-P na superfície celular. Interações genéticas sintéticas dependentes de pH entre proteínas contendo DUF368 e membros da família DedA sugerem que o uso do transportador C55-P é dinâmico e modulado por insumos ambientais. A atividade do transportador C55-P foi exigida pelo patógeno da cólera para o crescimento e manutenção da forma celular no intestino. Propomos que a dependência do transportador condicional proporciona resiliência na reciclagem dos transportadores lipídicos, reforçando a aptidão microbiana tanto dentro como fora do hospedeiro.

Os lipídeos undecaprenil (C55) fosforilados têm um papel essencial como moléculas transportadoras recicláveis ​​na biogênese do glicopolímero da superfície celular microbiana7. Durante a biossíntese do peptidoglicano, as subunidades pentapeptídicas do peptidoglicano ligadas ao açúcar que são montadas no citoplasma bacteriano são ligadas covalentemente ao C55-P para transporte transmembranar (Fig. 1a). Depois que o precursor do peptidoglicano ligado ao transportador (lipídio II) é movido do folheto interno para o externo da membrana por MurJ8, a incorporação subsequente do muropeptídeo no peptidoglicano polimerizado deixa para trás o pirofosfato C55 (C55-PP). A reciclagem do transportador é iniciada pela hidrólise de C55-PP em C55-P por fosfatases associadas à membrana, incluindo UppP (também conhecida como BacA) e as proteínas do domínio PAP2 PgpB, YbjG e LpxT7. Então, o C55-P é presumivelmente devolvido à face citosólica da membrana para completar a reciclagem. Estudos estruturais preliminares propuseram que a UppP também pode funcionar como uma translocase C55-P9,10, mas a(s) proteína(s) responsável(eis) pela internalização de C55-P ainda não foram identificadas. A reciclagem de C55-P é um passo fundamental na biossíntese do peptidoglicano, bem como de outros glicopolímeros da superfície celular, incluindo ácidos teicóicos de parede, certas modificações de lipopolissacarídeos e cápsulas7. Dado o seu papel abrangente e crítico na manutenção da superfície celular, a reciclagem de C55-P é considerada um alvo importante para terapias antimicrobianas, e foram identificados antibióticos naturais que inibem este processo .

a, Uso e reciclagem de C55-P em bactérias. Os locais de ação antibiótica relevantes para a Fig. 3 estão indicados com barras vermelhas. As setas tracejadas representam múltiplas etapas enzimáticas e/ou de transporte. O hexágono cinza representa açúcares variáveis ​​ligados ao C55-P para montagem do glicopolímero a jusante. LPS, lipopolissacarídeo; PG, peptidoglicano. b, Conservação de DUF368 em filos bacterianos selecionados (vertical) e gêneros (itálico). Os segmentos coloridos e rótulos associados denotam filos selecionados com conservação substancial de DUF368. A fração de genomas de clado únicos sequenciados que codificam uma proteína contendo DUF368 é indicada. c, d, Fita prevista (c) e estruturas coloridas de superfície eletrostática (d) de VCA0040. Escala de cores, −10 a 10 kcal (mol e−). e,f, Crescimento (e) e morfologia (f) de tipo selvagem (WT), Δvca0040 e Δvca0040 + vca0040 (complementado cromossomicamente) V. cholerae em meio LB. g, pH médio de culturas LB de V. cholerae durante a noite. h, crescimento de V. cholerae em meio M9 tamponado ao pH indicado. i, Os efeitos do sobrenadante gasto tamponado (meio livre de células após 24 h de crescimento a 30 ° C de uma cultura 1: 1.000) na morfologia de V. cholerae na fase log. j, Os efeitos do pH no crescimento de V. cholerae (topo) e morfologia (parte inferior) durante a fase logarítmica em meio LB tamponado com Na2HPO4 50 mM. NB, meio sem buffer. por exemplo, g, h, Os dados são média ± dp de n = 3 culturas por cepa ou condição. f,i,j, Imagens representativas de n = 3 culturas por cepa ou condição. Barras de escala, 3 μm (f) e 5 μm (i,j).