El di-GMP cíclico (también llamado diguanilato cíclico y c-di- GMP ) es un segundo mensajero utilizado en la transducción de señales en una amplia variedad de bacterias . [1] No se sabe que las arqueas utilicen di-GMP cíclico , y solo se ha observado en eucariotas en Dictyostelium . [2] El papel biológico del di-GMP cíclico se descubrió por primera vez cuando se identificó como un activador alostérico de una sintasa de celulosa encontrada en Gluconacetobacter xylinus para producir celulosa microbiana . [3]
En estructura, es un ciclo que contiene sólo dos bases de guanina unidas por ribosa y fosfato .
El contacto con superficies aumenta el c-di-GMP, lo que aumenta la transcripción , la traducción y la postraducción de los exopolisacáridos (EPS) y otros componentes de la matriz de sustancias poliméricas extracelulares (consulte la revisión de Jenal et al. 2017). [4] En las bacterias, ciertas señales se comunican sintetizando o degradando el di-GMP cíclico. El di-GMP cíclico es sintetizado por proteínas con actividad de diguanilato ciclasa . Estas proteínas suelen tener un motivo GGDEF característico , que se refiere a una secuencia conservada de cinco aminoácidos . La degradación del di-GMP cíclico se ve afectada por proteínas con actividad de fosfodiesterasa . Estas proteínas tienen un motivo de aminoácidos EAL o HD-GYP. Los procesos que se sabe que están regulados por el di-GMP cíclico, al menos en algunos organismos, incluyen la formación de biopelículas (como las matrices EPS encontradas por Steiner et al 2013), [4] la motilidad (especialmente la transición de móvil a sésil, consulte la revisión de Jenal et al 2017) [4] y la producción de factores de virulencia .
Los niveles de di-GMP cíclico se regulan mediante una variedad de mecanismos. Muchas proteínas con dominios GGDEF, EAL o HD-GYP se encuentran con otros dominios que pueden recibir señales, como los dominios PAS . Se cree que las enzimas que degradan o sintetizan di-GMP cíclico están localizadas en regiones específicas de la célula, donde influyen en los receptores en un espacio restringido. [1] En Gluconacetobacter xylinus, c-di-GMP estimula la polimerización de la glucosa en celulosa como un activador alostérico de alta afinidad de la enzima celulosa sintasa. [3] Algunas enzimas diguanilato ciclasa son inhibidas alostéricamente por di-GMP cíclico.
Los niveles de di-GMP cíclico regulan otros procesos a través de varios mecanismos. La sintasa de celulosa de Gluconacetobacter xylinus es estimulada alostéricamente por el di-GMP cíclico, lo que presenta un mecanismo por el cual el di-GMP cíclico puede regular la actividad de la sintasa de celulosa. Se ha demostrado que el dominio PilZ se une al di-GMP cíclico y se cree que está involucrado en la regulación dependiente del di-GMP cíclico, pero se desconoce el mecanismo por el cual lo hace. Estudios estructurales recientes de los dominios PilZ de dos especies bacterianas han demostrado que los dominios PilZ cambian drásticamente de conformación al unirse al di-GMP cíclico. [5] [6] Esto lleva a la fuerte inferencia de que los cambios conformacionales en los dominios PilZ permiten que la actividad de las proteínas efectoras específicas (como la sintasa de celulosa) sea regulada por el di-GMP cíclico. Los riboswitches llamados riboswitch di-GMP-I cíclico y riboswitch di-GMP-II cíclico regulan la expresión genética en respuesta a concentraciones de di-GMP cíclico en una variedad de bacterias, pero no en todas las bacterias que se sabe que utilizan di-GMP cíclico.
El di-GMP cíclico se ha relacionado con la asociación con el hospedador en múltiples especies de Pseudomonas . En un experimento en el que se cultivó Pseudomonas lurida en asociación con el hospedador nematodo Caenorhabditis elegans, se observaron mutaciones genéticas en ciertos genes que regulaban positivamente el c-di-GMP, lo que provocó que surgiera un morfotipo especialista en hospedador. Las mutaciones que afectan la regulación del c-di-GMP se descubrieron con la secuenciación del genoma completo. Los genes wspE y wspF del operón wsp exhibieron mutaciones que regulaban positivamente el c-di-GMP. Además, se determinó que las mutaciones en el gen rph también afectan la expresión del c-di-GMP, lo que es un descubrimiento novedoso porque el rph no se había relacionado anteriormente con la regulación del c-di-GMP. [7]
Para una revisión de las funciones de c-di-GMP en Caulobacter crescentus , Pseudomonas aeruginosa , Komagataeibacter xylinus / Gluconacetobacter xylinus , Myxococcus xanthus , Bdellovibrio bacteriovorus y Pseudomonas fluorescens, consulte Jenal et al 2017. [4]