Fosfato de undecaprenilo N,N'-diacetilbacilosamina 1-fosfato transferasa

La fosfoglicosil transferasa C (PglC) es una enzima que pertenece a una clase conocida como fosfoglicosil transferasas monotópicas (PGT). Las PGT son necesarias para la síntesis de glicoconjugados en la superficie de la membrana de las bacterias . Los glicoconjugados, como las glicoproteínas, son imprescindibles para la comunicación bacteriana, así como para las interacciones entre células hospedadoras procariotas y eucariotas , lo que contribuye a la patogenicidad de las bacterias. ^{[1] [2]}

PglC se encuentra en el organismo gramnegativo patógeno Campylobacter jejuni ( C. jejuni ) . La infección por C. jejuni produce gastroenteritis aguda seguida de vómitos, diarrea, fiebre y dolor abdominal. ^[3] La vía de infección más común es a través de aves de corral poco cocidas, ya que las aves son una fuente común de C. jejuni . ^[4] Estudios recientes también han demostrado una asociación entre la infección previa por C. jejuni y el síndrome neurológico de Guillain-Barré. ^{[3] [5] [6]} Los glicoconjugados, lipopolisacáridos (LPS), que se encuentran en la membrana de la bacteria se parecen a los gangliósidos que se encuentran en el sistema nervioso humano, lo que lleva a la generación de autoanticuerpos que causan el deterioro de las neuronas. ^{[5] [6]} Los gangliósidos se pueden encontrar en las células neuronales y son proteínas de membrana que ayudan en el reconocimiento y la comunicación entre células.

La PglC pertenece a una superfamilia de enzimas conocidas como fosfoglicoil transferasas monotópicas (monoPGT). Estas proteínas asociadas a la membrana catalizan la transferencia de un fosfoazúcar desde un donante activado por difosfato de nucleósido soluble a un aceptor de fosfato de poliprenol (Pren-P) dentro de la membrana. ^[7] El producto luego se diversifica mediante la acción de las glicosil transferasas , para construir un oligosacárido ligado a lípidos que se volcará al periplasma y formará un glicoconjugado. Las mono PGT son exclusivas de los procariotas y esenciales para la producción de glicoconjugados que median las interacciones célula-huésped durante las infecciones bacterianas y, por lo tanto, son importantes para la supervivencia y patogenicidad bacterianas. ^{[7] [8]}

Los glicoconjugados son estructuras integrales en la superficie de las membranas celulares compuestas de carbohidratos unidos a otras biomoléculas como proteínas o lípidos. Estas estructuras sirven como un escudo contra el medio ambiente, así como ayudan en la patogénesis y viabilidad de la propia bacteria. También se sabe que los glicoconjugados comprenden adhesinas utilizadas para la colonización e invasión del huésped. ^{[1] [9]} C. jejuni utiliza adhesinas para unirse a las células epiteliales del tracto gastrointestinal de los humanos, lo que permite la colonización e infección del huésped humano. ^{[10] [11] [9]} Las células eucariotas exhiben su propio ecosistema de glicoconjugados que le permite al sistema inmunológico reconocer a las células humanas como "propias". Las bacterias utilizan el mimetismo de los glucanos para hacerse pasar por células eucariotas y evadir la respuesta inmune. ^[1] Varios estudios han demostrado que los genes inactivados vinculados a la síntesis de glucanos dan como resultado una incapacidad de las bacterias para adherirse a las células del huésped, inhibiendo así la colonización del huésped. ^{[2] [12] [13] [14]}

PglC es una proteína de membrana que solo ingresa al primer folíolo de la membrana en el lado citosólico de la interfaz de la membrana lipídica. Es decir, la proteína solo se encuentra en la primera capa de la membrana de doble capa. PglC de Campylobacter jejuni aún no se ha caracterizado estructuralmente, pero en 2018 se dilucidó un ortólogo de PglC de Campylobacter concisus que representa el núcleo funcional mínimo de esta clase de proteínas. ^[8] El análisis computacional de la estructura primaria y el modelo de Markov oculto en realidad habían predicho que PglC era una proteína de membrana bitópica . Una proteína de membrana bitópica es aquella que pasa a través de ambas capas de la membrana, pero solo lo hace una vez. Sin embargo, la caracterización estructural reveló que PglC solo atraviesa el primer folíolo de la membrana. La estructura también reveló características significativas de la proteína importantes para su función, como la hélice de membrana reentrante (azul/azul claro) que se sumerge en el primer folíolo de la membrana, así como la díada catalítica Asp-Glu altamente conservada dentro del sitio activo (bucle verde). ^[8] El sitio activo también contiene un sitio de unión de fosfato y un sitio de cofactor Mg ²⁺ importante para coordinar la química de la reacción. ^{[7] [8]} Las otras hélices existen en la interfaz de la membrana (rojo, verde, naranja).

Las proteínas de membrana existen en tres topologías: politópica, bitópica y monotópica, dependiendo de la distribución de sus dominios a lo largo de la membrana. ^[15] Los dominios de las proteínas politópicas cruzan la membrana varias veces, mientras que las proteínas bitópicas solo pueden pasar a través de la membrana una vez, típicamente con una hélice transmembrana que conecta dos dominios solubles fuera de la membrana. ^{[16] [17]} Las membranas monotópicas constituyen el porcentaje más pequeño de proteínas de membrana (0,06%) y están incrustadas en una sola capa de la membrana, no en ambas. ^[15] Si bien las topologías de las proteínas de membrana bitópicas y politópicas se pueden vincular a su función, las topologías de las proteínas monotópicas aún tienen que informar cualquier función de estas proteínas únicas, aparte de encontrarse comúnmente en vías donde varias enzimas se localizan en secuencia dentro de la membrana.

PglC es el primer miembro caracterizado estructuralmente de la superfamilia PGT monotópica . ^{[15] [8]} Otras superfamilias PGT incluyen las PGT politópicas que se ejemplifican comúnmente por las proteínas MraY y WecA. Aunque las tres PGT comparten la misma función, difieren en estructura y mecanismo. PglC presenta una hélice de membrana reentrante que solo abarca el primer folíolo de la membrana, mientras que MraY tiene múltiples hélices transmembrana. Los mecanismos por los cuales las dos superfamilias catalizan la adición de un azúcar NDP (nucleósido difosfato) a un aceptor de poliprenol dentro de la membrana son únicos. PglC utiliza un mecanismo de ping pong de dos pasos que genera un intermediario covalente que luego está disponible para el ataque nucleofílico por parte del aceptor de poliprenol dentro de la membrana. ^[7] MraY y otros PGT politópicos utilizan un mecanismo complejo ternario mediante el cual Pren-P y el azúcar NDP reaccionan mediante enzimas en un solo paso. ^{[18] [19] [7]}

PglC está involucrado en el primer paso de catálisis asociada a la membrana involucrado en la síntesis de glicoconjugados en la bacteria Campylobacter jejuni . El sustrato para PglC, UDP-di-N-acetil-bacilosamina, es sintetizado primero en el citosol por las enzimas PglD, PglE y PglF. ^[20] PglC es responsable de unir el azúcar, di-N-acetil-bacilosamina, al aceptor de fosfato de poliprenol (pren-p) dentro de la membrana. PglC también es único en comparación con sus sucesores en la vía debido a la unión de un fosfoazúcar a pren-p. PglA, PglJ, PglH, PglI, PglK, PglB se conocen como glicosiltransferasas y cada una agrega sus propios azúcares respectivos al glicano en crecimiento, pero no hay adición de un grupo fosforilo. El grupo fosforilo es fundamental para la iniciación de la parte de la vía asociada a la membrana; de lo contrario, no se pueden agregar azúcares sucesivos al glicano en crecimiento.

PglC cataliza la generación de un azúcar unido a difosfato de poliprenol ( bacilosamina ) a través de un mecanismo de ping pong . ^[7] La ​​díada catalítica AspGlu de PglC actúa como un nucleófilo para atacar a UDP-bacilosamina, liberando UMP en el proceso (paso 1). Se forma un intermediario covalente característico de un mecanismo de ping pong entre la enzima y el azúcar a través del grupo fosfato. El fosfato de poliprenol (Pren-P), un sustrato de membrana, ataca al intermediario covalente, o aducto de fosfoglicosilo , lo que da como resultado el recambio de la enzima y la unión del azúcar al aceptor de Pren-P dentro de la membrana. ^[7]

• Undecaprenil+fosfato+N,N'-diacetilbacilosamina+1-fosfato+transferasa en la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. Encabezados de materias médicas (MeSH)