Diferencias en vías de señalización química entre pseudomonas y enterobacterias

Resumen

Las vías quimiosensoras son mecanismos importantes de transducción de señal en bacterias y pueden ser responsables de la quimiotaxis o estar implicadas en la regulación de procesos alternativos (Hickman et al., 2005). El conocimiento actual de las vías de quimioseñalización procede fundamentalmente del estudio de la quimiotaxis en enterobacterias (Porter et al., 2011). La secuenciación de genomas y cada vez más estudios en el campo de la quimioseñalización muestran una enorme variabilidad de vías quimiosensorascon respecto a enterobacterias. Pseudomonas es un género ubicuo (Spiers et al., 2000; Yamamoto et al., 2000; Moore et al., 2006) con una gran versatilidad metabólica (Harwood et al., 1984; Parales et al., 2000; Lacal et al., 2011) y muestra quimiotaxis hacia un amplio rango de compuestos (Sampedro et al., 2014). En esta tesis se estudian algunas de las diferencias existentes respecto a las vías de quimioseñalización de enterobacterias utilizando cepas de Pseudomonas como modelo. El primer objetivo de esta tesis se ha centrado en definir la familia de proteínas de fusión CheR-TPR, que no se encuentran en enterobacterias, determinar su distribución filogenética e identificar la función del dominio TPR. Con este fin, se realizó un estudio bioínformático obteniéndose que las metiltransferasas CheR-TPR están ampliamente distribuidas en bacterias Gram negativas y casi ausentes en bacterias Gram positivas. Otros datos de este estudio sugieren que estas proteínas forman muy probablemente parte de vías de señalización con funciones celulares alternativas ACF. En paralelo, el estudio de un miembro de la familia CheR-TPR, WspC de Pseudomonas putida, mostró que su actividad metiltransferasa es independiente del dominio TPR. Dicho dominio no está implicado en la autoasociación. En P. aeruginosa PAO1 se describieron tres parálogos PctA, PctB y PctC responsables de la taxis a aminoácidos que en conjunto respondieron a los 20 aminoácidos proteinogénicos, intermediarios del metabolismo de aminoácidos e hidrocarburos clorados (Kuroda et al., 1995; Kato et al., 2008). Un segundo objetivo ha sido el estudio del mecanismo molecular de la quimiotaxis relacionada con estos parálogos con un interés particular en las bases moleculares para el reconocimiento de ligandos por sus quimiorreceptores. Los estudios realizados mediante microcalorimetría han mostrado que; 1) PctA une directamente 17 de los 19 aminoácidos frente a los que responde en quimiotaxis y presenta un espectro de unión a ligandos más amplio que PctB y PctC que mostraron una alta especificidad por glutamina y acido gamma amino butírico respectivamente. 2) Ninguno de los 3 parálogos une de manera directa los otros quimioatrayentes que se han identificado para estos receptores sugiriendo un mecanismo de unión a través de una proteína de unión periplasmática. 3) PctC es un receptor para GABA. Por otra parte, la resolución de la estructura del dominio de unión a ligando (DUL) del parálogo PctA mostró, que a diferencia de los DUL de los quimiorreceptores de enterobacterias, que pertenece a la familia de dominios doble PDC. Dichos dominios están compuestos por dos módulos y los aminoácidos se unen al módulo distal. La presencia de acetato en el módulo proximal indica que dicho módulo podría unir compuestos carboxílicos. El reconocimiento molecular de aminoácidos por PctA-DUL está dominado por una red de puentes de hidrogeno entre la proteína y los grupos carboxilo y amino de los ligandos. Otra diferencia respecto a enterobacterias en el estudio de los quimiorreceptores relacionados con la taxis hacia aminoácidos se observó mediante los estudios de ultracentrifugación analítica que, a diferencia de los quimiorreceptores enterobacterianos, los DUL de PctA y PctB son monoméricos en solución y unen en este estado oligomérico sus ligandos respectivos. En P. aeruginosa PAO1 se identificaron también dos quimiorreceptores frente a fosfato inorgánico (Pi) CtpH y CtpL que responden ante altas y bajas concentraciones (Wu et al., 2000) de Pi. El último objetivo se ha centrado en estudiar el mecanismo molecular de quimiotaxis hacia fosfato inorgánico y en particular identificar las bases molecular por las cuales P. aeruginosa emplea dos receptores para Pi que responden a concentraciones diferentes de Pi. Los quimiorreceptores de fosfato inorgánico en P. aeruginosa presentan mecanismos diferentes. El receptor CtpH reconoce Pi directamente y la unión al ligando induce la formación de dímeros en los DUL proteína. CtpL no reconoce Pi directamente, lo hace de forma indirecta a través de la interacción con una proteína del sistema de transporte de fosfato PstS. La relativamente baja afinidad de CtpH por el Pi y la afinidad ultra-fuerte de PstS son probablemente la causa para le hecho que CtpH y CtpL responden a bajas y altas concentraciones de Pi.