Struttura cristallina di un subtilizin

Nature Communications volume 14, numero articolo: 1163 (2023) Citare questo articolo

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Gli autotrasportatori (AT) sono una vasta famiglia di proteine ​​batteriche secrete e di membrana esterna che comprendono un'ampia gamma di attività enzimatiche frequentemente associate a fenotipi patogeni. Presentiamo la caratterizzazione strutturale e funzionale di un autotrasportatore subtilasi, Ssp, dal patogeno opportunistico Serratia marcescens. Sebbene le strutture delle subtilasi siano state ben documentate, questa proteina simile alla subtilisina è associata a una β-elica di 248 residui e comprende essa stessa tre sporgenze simili a dita attorno al suo sito attivo coinvolte nelle interazioni del substrato. Riveliamo inoltre che l'attività della subtilasi AT è necessaria per l'ingresso nelle cellule epiteliali e causa tossicità cellulare. La struttura Ssp non solo fornisce dettagli sugli AT subtilasi, ma rivela anche una struttura e una funzione comune agli AT più distanti. Pertanto, questi risultati rappresentano anche un significativo passo avanti verso la comprensione dei meccanismi molecolari alla base della divergenza funzionale nella grande superfamiglia AT.

Le subtilasi sono un gruppo eterogeneo di proteasi per lo più extracellulari presenti nei batteri, negli archaea e negli eucarioti. Il gruppo di proteine ​​simili alla subtilisina costituisce la seconda famiglia più grande di serina proteasi dopo la famiglia di proteasi della (chimo)tripsina1. Le subtilasi svolgono un ruolo in un'ampia gamma di funzioni biologiche tra cui infezioni batteriche e virali, tumorigenesi e metastasi, patogenesi di malattie, crescita e sviluppo delle piante e sono anche utilizzate nell'industria di tutto il mondo come additivi nei detersivi per bucato e lavastoviglie2,3,4,5, 6. Sebbene le subtilasi siano state ampiamente studiate, un gruppo unico e in gran parte non caratterizzato di subtilasi si trova come parte della superfamiglia delle proteine ​​​​autotrasportatori batteriche (AT).

Gli autotrasportatori (AT) rappresentano la più grande famiglia di proteine ​​secrete nei batteri Gram-negativi e molte di esse svolgono ruoli importanti nelle infezioni e nelle malattie batteriche, tra cui l'adesione e l'invasione delle cellule ospiti, la formazione di biofilm oltre ad essere potenti citotossine e immunomodulatori6,7. Gli AT hanno una struttura di dominio conservata che include un peptide segnale per il trasporto dipendente da Sec attraverso la membrana batterica interna e un dominio traslocatore C-terminale per la secrezione di un dominio passeggero attraverso la membrana esterna (Fig. 1a). Il passeggero trasportato in superficie è responsabile dei diversi ruoli nella patogenesi batterica (Fig. 1a), per cui architetture di domini specifici consentono agli AT di possedere funzioni distinte tra cui attività enzimatiche come l'attività di proteasi, lipasi e fosfatasi.

Gli AT subtilasi comprendono una delle due famiglie di AT che possiedono attività proteasica, mentre l'altra è costituita dagli AT proteasi simili alla (chimo)tripsina che includono gli SPATE (autotrasportatori di serina proteasi delle Enterobacterceae). Quest'ultimo gruppo è probabilmente gli AT meglio caratterizzati, che integrano una β-elica a tre filamenti con un sottodominio della proteasi N-terminale come parte del loro passeggero8. Ad esempio, gli SPATE come la tossina codificata dal plasmide (Pet), contengono una β-elica di circa 600 residui con un sottodominio N-terminale (chimo) simile alla tripsina che scinde i substrati inclusa la spettrina portando alla distruzione del citoscheletro9. In confronto, ci sono meno informazioni sugli AT della subtilasi, un ampio gruppo di proteine ​​presenti nei patogeni batterici che vanno da Pseudomonas spp10,11,12,13,14, Neisseria meningitidis15 e Bordetella pertussis16 tra gli altri. Alcuni degli AT subtilasi meglio studiati includono B. pertussis SphB1 e N. meningitidis NalP, entrambi lipidati17,18 e che hanno dimostrato di scindere diverse proteine ​​di superficie come l'emoagglutinina filamentosa16 e la proteasi IgA o la proteina legante la lattoferrina LbpB, rispettivamente15,19. Nel complesso, la ricerca condotta fino ad oggi mostra che molti AT della subtilasi sembrano avere ruoli nella patogenesi batterica, ad esempio suscitando effetti citopatici sulle cellule ospiti, conferendo resistenza sierica e formazione di biofilm, ruoli che sembrano essere comuni anche agli AT della proteasi (chimo)tripsina-simile10 ,13,20,21,22,23.