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

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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.