Los autotransportadores representan una superfamilia de proteínas producidas por una gran variedad de bacterias patógenas gram-negativas. Algunas de estas proteasas son toxinas y provocan efectos nocivos en las células del huésped.
La familia de las Serin Proteasas Autotransportadoras de Enterobacteriaceae (SPATE) constituye una gran familia que engloba proteínas con actividad serin proteasa. Se ha visto que las proteínas que pertenecen a esta familia tienen una baja homología de secuencia (entre el 25 y el 55%) pero todas conservan la organización en dominios y un cierto grado su estructura tridimensional. Los miembros de esta familia, que tienen múltiples funciones, comparten el mismo sistema de secreción de tipo Va (autotransportadores monoméricos). Este es un subtipo del sistema de secreción V o de autotransporte, asociado generalmente al exporte de factores de virulencia en enterobacterias (Henderson et al., 2004).
En general la estructura de las proteínas autotransportadoras posee una característica común. Estas proteínas presentan varios dominios: (i) un péptido señal en el extremo N-terminal necesario para dirigir y exportar la proteína a través de la membrana interna hacia el periplasma; (ii) un passenger domain, denominado también dominio que corresponde a la parte de la proteína que será secretada. Se trata en realidad del dominio funcional de la proteína. Estas proteínas pueden actuar como adhesinas, toxinas o enzimas digestivas que ayudarán o facilitarán la invasión del huésped durante la infección bacteriana. También se ha descrito que pueden actuar como esterasas o lipasas. (iii) un dominio translocador, conocido como domino β, con estructura de -barrel en el extremo C-terminal capaz de formar un poro en la membrana externa, a través del cual se procesa la porción de la proteína catalítica y su
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exporte al medio extracelular (Figura 1.9A). Se trata por lo tanto de un dominio necesario para la translocación del passenger domain a través de la membrana externa. Además, existe una zona intermedia entre el dominio C-terminal y el
passenger domain que es denominada dominio de unión o linker domain y es requerido para ayudar a formar los pliegues del poro y estabilizar la estructura de β- barrel (Dautin, 2010; Ruiz-Perez and Nataro, 2013). Existen tres autotransportadores con dominio cristalizado en la actualidad y se ha visto que la totalidad de ellos están conformados por 12 hélices en-barrel (Figura 1.9B).
Figura 1.9. Estructura de las proteínas de la familia SPATE. A) estructura general de las proteínas y sus dominios. B) Representación del dominio de tres proteasas de esta familia (EstA, NAlP y EspP). Este dominio conforma el poro a nivel de la membrana externa. Imagen extraída de Dautin (2010).
El sistema de secreción de las proteínas autotransportadoras es Sec-dependiente. El péptido señal del extremo N-terminal es reconocido por proteínas del sistema Sec. Este sistema evita que la proteína se pliegue completamente y la dirige hacia el periplasma. Una vez en el periplasma y ya sin péptido señal, las proteínas autotransportadoras adoptan una forma intermediaria estable por interacción con chaperonas periplasmáticas (Skp, SurA, y DegP) y con el complejo Omp85/Bam de la membrana externa (Figura 1.10). Este complejo ayuda al plegado e inserción del dominio en la membrana externa. En este punto el passengerdomain parcialmente desplegado inicia la translocación a través del poro hidrofílico constituido por el dominio en un proceso asistido también por un complejo denominado complejo Bam. Una vez que el passenger domain accede a la superficie de la bacteria, adquiere su conformación tridimensional. Dependiendo del tipo de proteínas autotransportadoras, este dominio puede quedar anclado a la membrana o ser escindido entre el dominio y , liberando así la proteína al medio (Ruiz-Perez and Nataro, 2013).
Función Exporte
-dominios
A
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Figura 1.10. Mecanismo de autotransporte de proteínas mediante el sistema de secreción Sec. Biogénesis de las proteínas autotransportadoras con participación del sistema Sec, chaperonas y el complejo Bam a través de la membrana. Imagen extraída de Ruiz-Perez and Nataro (2013).
En bacterias gram-negativas las serin proteasas de la familia SPATE están normalmente implicadas en virulencia. Estas proteasas son producidas no sólo por patógenos entéricos, sino también por uropatógenos, englobando especies de Escherichia,
Shigella, Salmonella, Citrobacter y Edwardsiella. Los genes que codifican estas proteínas se encuentran en elementos móviles como plásmidos, pro-fagos o islas genómicas de patogenicidad. Muchos de estos genes están flanqueados por secuencias ricas en GC lo que sugiere que fueron incorporados al genoma por transferencia horizontal (Ruiz-Perez and Nataro, 2013). Con la información obtenida de la secuenciación de genomas se ha visto que estos genes también se encuentran presentes en cepas comensales, aunque con menor frecuencia.
La familia SPATE está constituida actualmente por unas 25 proteasas diferentes (Tablas 1.2 y 1.3) que tienen en común los siguientes elementos: (i) un larga secuencia del péptido señal (48-59 aa), (ii) una tríada catalítica formada por residuos de His, Asp y Ser, en la que el motivo GDSGS contiene la serina catalítica, y (iii) la presencia de dos asparraginas consecutivas (N-N) que conectan los dominios (passenger domain) y (translocator domain). Con muy pocas excepciones, las proteínas de la familia SPATE son procesadas dentro del poro mediante una reacción autocatalítica poco común y liberadas al medio extracelular.
Las 25 proteínas que componen la familia SPATE se han clasificado en función de criterios filogenéticos según la estructura y actividad de la toxina en:
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Clase I: esta incluye proteínas citotóxicas in vitro que al penetrar en las células