Complejos de señalización en quimiotaxis bacteriana

ANDREA PEDETTA; DIEGO MASSAZZA; KARINA HERRERA SEITZ; CLAUDIA STUDDERT

Mar del Plata

Encuentro; V Encuentro Biólogos en Red; 2010

Asociación de Jóvenes Científicos en Formación

La quimiotaxis, el movimiento dirigido de un organismo a través de gradientes químicos, es un comportamiento adaptativo muy importante en bacterias móviles. La célula debe detectar gradientes de atrayentes o repelentes e integrar y amplificar diversos estímulos de entrada, generando una señal de salida coherente que promueva una respuesta locomotora. Para ello, las bacterias poseen un preciso mecanismo molecular de amplificación de señales. Este mecanismo, ampliamente estudiado en bacterias entéricas como Escherichia coli, está muy conservado tanto en Eubacteria como en Archaea. El complejo proteico involucrado está localizado en la membrana en uno o ambos polos de la célula. Fundamentalmente, está compuesto por quimiorreceptores de diferentes especificidades, la histidín quinasa CheA, la proteína acopladora CheW, enzimas que metilan o desmetilan a los receptores (CheR y CheB respectivamente), el regulador de respuesta CheY y la fosfatasa CheZ. Los quimiorreceptores interpretan una señal extracelular modulando la actividad de CheA, la cual se autofosforila y transfiere el grupo fosfato a CheY. CheY fosforilada (CheY-P) migra hacia el motor flagelar, donde promueve la rotación del flagelo en un sentido específico. La comprensión del modo preciso por el cual este complejo de proteínas detecta la señal y la procesa con exquisita sensibilidad en un amplio rango de concentraciones continúa siendo un desafío. El objetivo general de nuestro grupo de investigación es dilucidar el mecanismo molecular que determina el comportamiento quimiotáctico en E. coli y otros microorganismos. Nuestras líneas de investigación son: Análisis de la conservación y relevancia funcional de la organización de los quimiorreceptores bacterianos en diferentes microorganismos. En nuestro laboratorio, utilizando como modelo a E. coli, hemos visto que receptores de igual o diferente especificidad están organizados en trímeros de dímeros, lo cual sería esencial para su funcionalidad. Esta organización de los quimiorreceptores podría tratarse de una característica conservada fundamental para su correcto funcionamiento. Para poner a prueba esa hipótesis, estamos analizando la estructura y función de receptores de otros microorganismos. Algunos de los receptores con los que se trabajó hasta el momento son: alkN (posible receptor de alcanos de P. putida), pctApp (receptor de aminoácidos de P. putida), mcpH (receptor de ácidos orgánicos de R. sphaeroides), y varios receptores de Shewanella oneidensis. Estudio de la interacción de la proteína CheW con los receptores y con CheA. La proteína acopladora CheW interactúa tanto con los receptores como con CheA, lo que permite la transmisión de la señal hacia el citoplasma. A partir de mutantes no funcionales de CheW, hemos obtenido y caracterizado mutaciones supresoras en CheA y/o en los quimiorreceptores. Además, a fin de determinar sitios de interacción directa entre CheW y receptores, se introdujeron residuos de cisteínas en las superficies de ambas proteínas y se realizaron ensayos de crosslinking in vivo. Hasta ahora, hemos encontrado evidencia de interacción entre un par específico de residuos. Por otra parte, se está trabajando con un mutante de CheW funcionalmente defectivo que no posee problemas en la afinidad con quimiorreceptores o con CheA, lo cual podría estar señalando otra posible función de CheW diferente a la de un simple acoplamiento entre los receptores y la quinasa. Caracterización estructural del complejo funcional receptores-CheW-CheA en E. coli. Basados en estudios anteriores de la organización in vivo de los quimiorreceptores en E. coli y sus proteínas asociadas CheW y CheA, proponemos caracterizar esos complejos en células intactas, a fin de obtener información estructural. Para ello, se purificarán quimiorreceptores junto con una o más proteínas asociadas (Rec.-CheW; Rec.-CheW-CheA; Rec.-CheA), y estos complejos se caracterizarán a fin de avanzar hacia su cristalización. En suma, nuestro trabajo contribuiría a clarificar aspectos fundamentales del mecanismo molecular de la quimiotaxis bacteriana.