Resumen

Porphyromonas gingivalis es un patógeno clave del microbioma oral disbiótico humano que causa periodontitis grave. Emplea un sistema de secreción de tipo IX (T9SS) para transportar proteínas a través de la membrana externa (OM) para la virulencia. Excepcionalmente, las cargas de T9SS llevan un dominio C-terminal (CTD) como señal de secreción, que se escinde y se reemplaza con lipopolisacárido aniónico mediante transpeptidación para el anclaje extracelular al OM. Ambas reacciones son llevadas a cabo por PorU, la única peptidasa y sortasa de señal C-terminal de función dual conocida. PorU en sí mismo es secretado por el T9SS, pero su CTD no se elimina; en cambio, el PorU intacto se combina con PorQ, PorV y PorZ en el "complejo de accesorios" insertado en OM.

Aquí, revelamos que PorU transita entre monómeros activos y dímeros latentes y resolvió la estructura cristalina del dímero de ∼260-kDa. PorU tiene una forma alargada de ∼130 Å de longitud y consta de siete dominios. Los primeros tres forman un grupo N-terminal entrelazado que probablemente participa en la unión del sustrato. Le siguen un dominio catalítico (CD) de tipo gingipaína, dos dominios similares a inmunoglobulina (IGL) y el CTD. En el primer IGL, una “horquilla β de latencia” larga sobresale ∼30 Å de la superficie para formar un barril β intermolecular con hebras β de la CD simétrica, que está en una conformación latente.

El modelado de homología de la CD competente seguida de validación in vivo a través de una cohorte de cepas mutantes reveló que PorU se transporta y funciona como un monómero a través de una díada catalítica C690 / H657. Por tanto, la dimerización es un mecanismo intermolecular para la regulación de PorU para prevenir la actividad intempestiva hasta unirse al complejo de unión.

Significado

Las bacterias gramnegativas seleccionadas emplean un sistema de secreción de tipo IX para transportar proteínas de virulencia con un dominio C-terminal (CTD) como señal de secreción a través de la membrana externa. Tras la secreción, la CTD se escinde y se reemplaza con lipopolisacárido por PorU, la única señal peptidasa y sortasa bifuncional conocida.

Descubrimos que PorU transita entre monómeros activos y dímeros latentes y determinamos la estructura del dímero de ∼260 kDa. PorU consta de siete dominios, incluido un dominio catalítico de tipo gingipaína, que está regulado por una “horquilla β de latencia” larga que forma un barril β intermolecular con el protómero simétrico.

El modelado de homología seguido de la validación in vivo reveló que PorU funciona como un monómero a través de una díada catalítica de cisteína-histidina. Por tanto, la dimerización proporciona un mecanismo intermolecular para la regulación de PorU.

Estructura tridimensional de algunos de los siete dominios de la proteína PorU de Porphyromonas gingivalis. / IBMB-CSIC

Comentarios

Un equipo liderado por científicos del Instituto de Biología Molecular de Barcelona del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IBMB-CSIC) ha descifrado un mecanismo de ataque de la principal bacteria causante de la periodontitis grave, una enfermedad que afecta a las encías. El estudio, publicado en la revista PNAS, podría servir para el desarrollo de antisépticos bucales específicos que consigan acabar con esta bacteria.

El microbioma bucal humano está formado por más de 6.000 millones de bacterias de más de 770 especies, que son mayoritariamente comensales o mutualistas y contribuyen al mantenimiento de la homeostasis y la buena salud oral. Sin embargo, una dieta inadecuada y una higiene insuficiente pueden conducir a alteraciones en la composición del microbioma y al crecimiento desmesurado de especies patogénicas y oportunistas, que sobrepasan en número a las especies beneficiosas y toman el control del microbioma oral. Esto conduce, a su vez, a la aparición de caries y periodontitis, que en los casos más graves desemboca en inflamación crónica y destrucción del tejido.

Se estima que entre el 5% y el 20% de los adultos y hasta el 40% de los ancianos en Europa padecen periodontitis, según cifras de la OMS, y que cerca de un 30% de la población europea de entre 65 y 74 años ha perdido todos los dientes por esta causa.

Proteínas que participan en el ataque

Los investigadores han descubierto un elemento clave del sistema de secreción de los factores de virulencia de la bacteria Porphyromonas gingivalis, una especie patogénica del microbioma bucal humano. Esta bacteria tiene un sistema de secreción (denominado T9SS) para enviar proteínas (conocidas en lenguaje científico como proteínas de cargo) al medio que la rodea, el tejido gingival que protege los dientes.

Estas proteínas producidas por P.gingivalis participan en la virulencia de las bacterias, la inflamación de las encías y la destrucción de tejido y, en última instancia, en la pérdida de piezas dentales en caso de periodontitis grave. El sistema de secreción estudiado por los científicos, el T9SS, tiene una enzima clave, denominada PorU, que ejecuta dos pasos esenciales para que las proteínas cargos puedan ser secretadas de forma provechosa para la bacteria.

En colaboración con la Universidad Jaguelónica de Cracovia (Polonia), la Universidad de Tesalia (Grecia) y la Universidad de Louisville (EEUU), los científicos del Departamento de Biología Estructural del IBMB-CSIC han resuelto la estructura de la enzima PorU y han desvelado su mecanismo de actuación.

Francesc Xavier Gomis-Rüth, investigador del IBMB-CSIC y uno de los líderes del trabajo, explica: “Hemos podido determinar que una estrategia de dimerización, un tipo de reacción química, de la enzima PorU proteína es la responsable de regular su actividad, reprimiéndola hasta que llega a la membrana exterior de la bacteria, donde se asocia a un complejo de ensamblaje que permite la secreción de las proteínas cargos”.

Dado que la enzima PorU solo se encuentra en especies bacterianas, el conocimiento de su estructura y función podría servir para el desarrollo de antisépticos bucales específicos contra P. gingivalis y, con ello, contra la periodontitis.

Fuente: intramed.net