XAC4296: A multidomain and exclusive Xanthomonadaceae protein related to chromosome segregation, cell division, and bacterial fitness - Oliveira, Amanda Carolina Paulino de [UNESP] (2022)
Os micro-organismos apresentam um repertório limitado e extremamente adaptável de genes. Muitos destes genes codificam para proteínas contendo um único domínio ou multidomínios proteicos variáveis, sendo que em ambos os casos, esses domínios proteicos podem ser combinados de diferentes maneiras, e assim formar o repertório enzimático total de um genoma. A bactéria fitopatogênica Xanthomonas citri subsp. citri 306 (X. citri), agente etiológico do cancro cítrico tipo A (CC) e considerada uma das doenças mais devastadoras da citricultura, apresenta um repertório de proteínas multidomínios ainda pouco explorado. Neste sentido, estudos recentes demonstraram que as proteínas multidomínios pertencentes a superfamília das Transglicosilases Líticas (LTs), apresentam um papel importante para a biologia de X. citri. As LTs, estão relacionadas com o metabolismo do peptidoglicano, portanto, apresentando uma função importante relacionada com a síntese, remodelagem e degradação da parede celular bacteriana. Em particular, dentre as 14 LTs presentes no genoma de X. citri, uma é exclusiva para este gênero, e não caracterizada experimentalmente, denominada XAC4296 (XAC_RS21660). Neste trabalho, empregamos métodos in-silico, mutação sítio dirigida e caracterização funcional, com a finalidade avaliar o papel que XAC4296 pode desempenhar em X. citri. Nossos resultados indicam que a proteína XAC4296 apresenta uma estrutura multidomíno, formada por dois módulos estruturalmente distintos: o primeiro módulo transglicosilase (PG_binding1, SLT_2), e o segundo módulo epimerase (aldose-1-epimerase). Análises filogenéticas e de contexto genômico indicam que XAC4296 provavelmente foi originada por um evento de fusão gênica a partir do ancestral comum para Xanthomonas, Stenotrophomonas e Pseudoxanthomonas. Análises funcionais indicam que o gene XAC4296 é expresso durante a interação patógeno-hospedeiro, porém, não é essencial para X. citri ou desenvolvimento do CC, mas influi no ‘fitness’ bacteriano. Além disso, cepas de X. citri sem o gene XAC4296 apresentaram células filamentosas e em formato de correntes, com sua massa cromossômica dispersa, porém, ainda apresentando a formação de constrição de septo, desta forma, sugerindo, primeiro o erro de segregação cromossômica e, consequentemente, divisão celular, indicando que a função LT presente neste gene possa estar relacionada com este fenótipo observado. Em contrapartida, este fenótipo mutante foi completamente restaurado utilizando sacarose como fonte de carbono, e ácido glutâmico, como fonte de nitrogênio, sugerindo que o módulo epimerase da proteína XAC4296 possa contribuir para o metabolismo basal, impactando paralelamente, na divisão celular. Neste sentido foi possível elaborar a hipótese que, na ausência do gene XAC4296 e de precursores das vias metabólicas basais, a produção de piruvato é alterada, levando ao colapso dos mecanismos de segregação cromossômica e divisão celular. Além disso, o fenótipo mutante foi intensificado na presença do antibiótico ampicilina, atingindo 100% das células, sugerindo que como função adicional, a proteína XAC4296 contribui para a resistência a antibióticos β-lactâmicos em X. citri. A expressão da fusão mCherry-XAC4296 mostrou a proteína em ambiente citoplasmático, porém a presença de peptídeo sinal sugere uma localização secundária no periplasma, corroborando a hipótese de multifuncionalidade. Esses dados ressaltam o papel das proteínas multidomínio como mecanismo de geração de diversidade enzimática, aumentando sua funcionalidade sem ocasionar expansão genômica, trazendo novos conhecimentos sobre o papel que enzimas multidomínios podem desempenhar em X. citri.