Translating the human-microbiome molecular cross-talk using glycan microarray and structural biology strategies

• Main Author: Trovão, Filipa
• Publication Date: 2024
• Language: eng
• Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
• Download full: http://hdl.handle.net/10362/169980
• topic: Human Microbiome; Bacteroides thetaiotaomicron; Bacteroides caccae; Pectins; Mucins; Protein-glycan recognition; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e Tecnologias

O microbioma intestinal humano apresenta uma elevada capacidade de utilizar como nutrientes glicanos derivados do hospedeiro e da dieta. Isto promove uma comunicação complexa com o hospedeiro humano tendo impacto na nutrição, na regulação do sistema imunológico e em mecanismos de patologia. Estirpes proeminentes da microbiota, nomeadamente como as do filo Bacteroidetes, possuem múltiplos genes codificadores de enzimas em clusters, designados polysaccharide-utilization loci (PULs). Cada PUL codifica todos os genes necessários para o reconhecimento e degradação de glicanos, incluindo enzimas ativas em hidratos de carbono (CAZYmes) ou peptidases (mucinases) com módulos auxiliares de ligação a hidratos de carbono (CBMs). No entanto, como as bactérias exploram a diversidade estrutural dos glicanos derivados da dieta e do hospedeiro e como isso influencia as interações benéficas versus patogénicas é amplamente desconhecido a nível molecular. O trabalho desenvolvido na presente Tese teve como objetivo responder a estas questões, elucidando e caracterizando o reconhecimento de glicanos por proteínas de superfície bacteriana, particularmente os CBMs, de duas bactérias modelos de intervenientes comensais do intestino, o Bacteroides thetaiotaomicron e o B. caccae, envolvidos na degradação de glicanos derivados da dieta e do hospedeiro. Para uma melhor compreensão da comunicação molecular complexa dos comensais B. thetaiotaomicron e B. caccae com o hospedeiro humano, foi seguida uma estratégia integrativa, incluindo análise bioinformática de sequências anotadas no genoma e produção de CBMs recombinantes; descoberta de ligandos usando microarrays de glicanos com estruturas diversas de polissacáridos, glicoproteínas tipo mucina e de oligossacáridos de sequência definida; e caracterização estrutural das interações proteína-glicano identificadas usando cristalografia de raios X e outros métodos biofísicos e bioquímicos complementares. A estratégia adotada permitiu a caracterização de 2 novos CBMs: o BT0996-C, o membro fundador dos CBMs de família 97, que reconhece cadeias de ácido poligalacturónico ligadas em α1-4, um glicano derivado da dieta de polissacáridos pécticos; e o BC16100-C, um CBM da família 32 que reconhece o antigénio Tn (GalNAcα-Ser/Thr), um O-glicano do tipo mucina derivado do hospedeiro. Além disso, um novo microarray de glicoproteínas tipo mucina foi desenvolvido para high-throughput screening de novos CBMs da família 32, com o objetivo de descobrir estruturas de glicano biologicamente relevantes, seguindo a abordagem de beam search microarray. Esta abordagem contribuirá para desvendar estruturas de glicanos como mediadores específicos de interações comensais/patogénicas com impacto na saúde humana. As descobertas relatadas nesta Tese avançaram o conhecimento da interface hospedeiro-microbioma a nível molecular e podem ser exploradas para o estudo de outras estirpes microbianas e para desenvolver novas soluções em relação à saúde intestinal.