Structure cristalline d'une subtilisine

Nature Communications volume 14, Numéro d'article : 1163 (2023) Citer cet article

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Les autotransporteurs (AT) sont une grande famille de protéines bactériennes sécrétées et membranaires externes qui englobent un large éventail d'activités enzymatiques fréquemment associées à des phénotypes pathogènes. Nous présentons la caractérisation structurelle et fonctionnelle d'un autotransporteur de subtilase, Ssp, du pathogène opportuniste Serratia marcescens. Bien que les structures des subtilases aient été bien documentées, cette protéine de type subtilisine est associée à une hélice β de 248 résidus et comprend elle-même trois protubérances en forme de doigts autour de son site actif impliquées dans les interactions avec les substrats. Nous révélons en outre que l'activité de la subtilase AT est nécessaire pour pénétrer dans les cellules épithéliales et provoquer une toxicité cellulaire. La structure Ssp fournit non seulement des détails sur les AT subtilases, mais révèle également un cadre et une fonction communs à des AT plus éloignés. En tant que tels, ces résultats représentent également un pas en avant significatif vers la compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents à la divergence fonctionnelle dans la grande superfamille AT.

Les subtilases sont un groupe diversifié de protéases principalement extracellulaires trouvées dans les bactéries, les archées et les eucaryotes. Le groupe de protéines de type subtilisine constitue la deuxième plus grande famille de protéases à sérine après la famille de protéases (chymo)trypsine1. Les subtilases jouent un rôle dans un large éventail de fonctions biologiques, notamment les infections bactériennes et virales, la tumorigenèse et les métastases, la pathogenèse des maladies, la croissance et le développement des plantes, et sont également utilisées dans l'industrie du monde entier comme additifs dans les détergents à lessive et à vaisselle2,3,4,5, 6. Bien que les subtilases aient été largement étudiées, un groupe unique et largement non caractérisé de subtilases fait partie de la superfamille des protéines autotransporteuses bactériennes (AT).

Les autotransporteurs (AT) constituent la plus grande famille de protéines sécrétées par les bactéries à Gram négatif, nombre d'entre elles jouant un rôle important dans les infections et les maladies bactériennes, notamment en adhérant aux cellules hôtes et en les envahissant, dans la formation de biofilms, en plus d'être de puissants cytotoxines et immunomodulateurs6,7. Les AT ont une structure de domaine conservée qui comprend un peptide signal pour le transport dépendant de Sec à travers la membrane bactérienne interne et un domaine translocateur C-terminal pour la sécrétion d'un domaine passager à travers la membrane externe (Fig. 1a). Le passager transporté en surface est responsable des différents rôles dans la pathogenèse bactérienne (Fig. 1a), dans lesquels des architectures de domaines spécifiques permettent aux AT de posséder des fonctions distinctes, notamment des activités enzymatiques telles que l'activité protéase, lipase et phosphatase.

Les AT subtilases constituent l'une des deux familles d'AT qui possèdent une activité protéase, l'autre étant les AT protéases de type (chymo)trypsine qui comprennent les SPATE (autotransporteurs de sérine protéase d'Enterobactericeae). Ce dernier groupe est sans doute celui des AT les mieux caractérisés, qui intègrent une hélice β à trois brins avec un sous-domaine de protéase N-terminal dans le cadre de leur passager8. Par exemple, les SPATE telles que la toxine codée par le plasmide (Pet) contiennent une hélice β d'environ 600 résidus avec un sous-domaine N-terminal de type (chymo)trypsine qui clive les substrats, y compris la spectrine, conduisant à une perturbation du cytosquelette9. En comparaison, il existe moins d’informations sur les subtilases AT, un grand groupe de protéines présentes dans les agents pathogènes bactériens allant de Pseudomonas spp10,11,12,13,14, Neisseria meningitidis15 et Bordetella pertussis16, entre autres. Certaines des subtilases AT les mieux étudiées comprennent B. pertussis SphB1 et N. meningitidis NalP, toutes deux lipidées17,18 et qui clivent différentes protéines de surface telles que l'hémagglutinine filamenteuse16 et la protéase IgA ou la protéine de liaison à la lactoferrine LbpB, respectivement15,19. Dans l’ensemble, les recherches menées à ce jour montrent que de nombreuses subtilases AT semblent jouer un rôle dans la pathogenèse bactérienne, par exemple en provoquant des effets cytopathiques sur les cellules hôtes, en conférant une résistance sérique et la formation de biofilms, rôles qui semblent également être communs aux ATs protéases de type (chymo) trypsine. ,13,20,21,22,23.