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Jul 17, 2023

DipM controla múltiplas autolisinas e medeia um ciclo de feedback regulatório que promove a constrição celular em Caulobacter crescentus

Nature Communications volume 14, número do artigo: 4095 (2023) Citar este artigo 1231 Acessos 69 Detalhes da Altmetric Metrics Proteínas com um domínio de endopeptidase do tipo LytM cataliticamente inativo são

Nature Communications volume 14, número do artigo: 4095 (2023) Citar este artigo

1231 Acessos

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Proteínas com um domínio de endopeptidase do tipo LytM cataliticamente inativo são importantes reguladores de enzimas que degradam a parede celular em bactérias. Aqui, estudamos seu representante DipM, um fator que promove a divisão celular em Caulobacter crescentus. Mostramos que o domínio LytM de DipM interage com múltiplas autolisinas, incluindo as transglicosilases líticas solúveis SdpA e SdpB, a amidase AmiC e a suposta carboxipeptidase CrbA, e estimula as atividades de SdpA e AmiC. Sua estrutura cristalina revela um sulco conservado, que se prevê representar o local de ancoragem para autolisinas por estudos de modelagem. Mutações neste sulco de fato abolem a função do DipM in vivo e sua interação com AmiC e SdpA in vitro. Notavelmente, DipM e seus alvos SdpA e SdpB estimulam o recrutamento um do outro para a célula média, estabelecendo um ciclo de auto-reforço que aumenta gradualmente a atividade autolítica à medida que a citocinese progride. DipM coordena assim diferentes vias de remodelação do peptidoglicano para garantir a constrição celular adequada e a separação das células filhas.

No decorrer da evolução, as células desenvolveram múltiplas estratégias para reforçar o seu envelope, a fim de torná-lo resistente à pressão osmótica interna. A maioria das espécies bacterianas sintetiza uma parede celular semirrígida circundando a membrana citoplasmática que suporta parte da tensão e, além disso, dá forma às células. O componente central da parede celular bacteriana é o peptidoglicano (PG) 1,2, um heteropolímero composto por cadeias de glicano de unidades alternadas de N-acetilglucosamina (NAG) e ácido N-acetilmurâmico (NAM) que são reticuladas covalentemente por pontes peptídicas curtas . A malha PG constitui uma única macromolécula grande, o chamado sáculo, que precisa ser constantemente remodelado para permitir o crescimento celular, a morfogênese e a divisão celular. Este processo requer a clivagem de ligações dentro do sáculo por enzimas líticas, também conhecidas como autolisinas, e a subsequente inserção de novo material de parede celular por PG sintases. As atividades desses dois grupos antagônicos de proteínas precisam ser estreitamente coordenadas para evitar o surgimento de pontos fracos na camada PG que resultam na lise celular4.

As autolisinas são um grupo heterogêneo de enzimas classificadas de acordo com a ligação que quebram na molécula de PG. As glicosidases e as transglicosilases líticas (LTs) clivam as ligações entre as unidades de açúcar das cadeias de glicano5. Notavelmente, a reação mediada por LTs produz 1,6-anidro-NAM, que em algumas espécies atua como uma molécula sinalizadora indicando estresse antibiótico β-lactâmico6. As N-acetilmuramil-L-alanina amidases (PG amidases) hidrolisam a ligação entre o resíduo de L-alanina do peptídeo e as porções lactila do NAM, gerando cadeias de glicano nuas. Descobriu-se que eles são necessários para a separação de células filhas em vários membros das gamaproteobactérias e firmicutes7,8,9,10. Finalmente, as endopeptidases quebram várias ligações nas porções peptídicas, promovendo a incorporação e remodelação de PG. Em geral, as autolisinas individuais raramente são essenciais. No entanto, em muitas bactérias, a inativação combinada de múltiplas autolisinas pode causar fortes fenótipos letais morfológicos e/ou sintéticos .

Acredita-se que a coordenação de enzimas líticas e sintéticas seja alcançada pela sua montagem em complexos multiproteicos . Um desses complexos é o divisoma, que realiza a divisão celular na maioria das bactérias20,21. Sua montagem normalmente inicia com a polimerização do homólogo de tubulina FtsZ em uma estrutura dinâmica semelhante a um anel no futuro local de divisão . Este chamado anel Z recruta então, direta ou indiretamente, todos os outros componentes divisomas, incluindo PG sintases, autolisinas e proteínas reguladoras . A atividade coordenada desses fatores remodela gradualmente a camada PG no local de divisão, comprimindo e, por fim, dividindo o sáculo para permitir a liberação das células-filhas nascentes.