La proteína de mosaico de capa S de Methanosarcinales (MSTP) es una familia de proteínas que se encuentra casi exclusivamente en miembros de Methanomicrobia del orden Methanosarcinales . Normalmente, una repetición en tándem de dos dominios DUF1608 está contenida en una única cadena de proteína MSTP y estas proteínas se autoensamblan en la estructura protectora de la capa superficial proteica ( capa S ) que rodea la célula. La capa S, que se encuentra en la mayoría de las arqueas y en muchas bacterias , cumple muchas funciones cruciales, incluida la protección contra sustancias extracelulares nocivas. [1]
Las primeras capas S se descubrieron en bacterias en la década de 1950 [2] y la presencia de capas S en muchas Archaea se determinó mediante estudios microscópicos (tanto de luz como de electrones) de Archaea. La presencia de una capa S en un miembro de los Methanosarcinales se determinó en la década de 1980 mediante estudios con microscopio electrónico (EM) que examinaban la morfología celular de Methanosarcina mazei . [3] Este y otros estudios de EM confirmaron que la estructura de la envoltura celular de los metanosarcinales está compuesta por una membrana citoplasmática (CM) con una barrera adicional (la capa S) externa a la CM. En condiciones de baja osmolaridad, la capa S está ampliamente decorada con un polisacárido, denominado metanocondroitina, y las células tienden a crecer en agregados multicelulares. [4] [5] Tras la adaptación a condiciones de alta osmolaridad, las células se desagregan y crecen como células individuales que carecen de la capa de metanocondroitina. [5]
Posteriormente se determinó la identidad de las proteínas que componen la capa S de estos organismos mediante un enfoque proteómico. [6] Las principales proteínas de la capa S de M. acetivoranos C2A y M. Se determinó que mazei Gö1 era MA0829 y MM1976, respectivamente. Se encontró que proteínas adicionales con características similares a MA0829 y MM1976 estaban presentes en las envolturas celulares de estos organismos en cantidades menores. [6] Los genomas de todas las especies de Methanosarcina examinadas hasta ahora tienen entre 4 y 10 proteínas parálogas que contienen DUF1608. Las proteínas de la capa S mayor y menor de M . acetivoranos C2A y M. mazei Gö1 comparte muchas características comunes que incluyen: un péptido señal N-terminal, uno o dos dominios proteicos de la familia de proteínas DUF1608, [7] una unión cargada negativamente de ~70 aminoácidos y una hélice transmembrana C-terminal que probablemente ancla el Capa S al CM.
El análisis de secuencias de proteínas ha determinado que los miembros de la familia de proteínas DUF1608 contienen entre 250 y 300 aminoácidos y se encuentran únicamente en Archaea. [8] Con la excepción de dos arqueas halófilas, el dominio DUF1608 es exclusivo de las arqueas metanogénicas del orden Methanosarcinales. [9] El DUF1608 ha sido asignado a la familia de proteínas ( Pfam ), pfam07752. [7]
La estructura de una de las dos repeticiones DUF1608 en tándem que componen el MSTP principal de M . acetivoranos (MA0829) se ha determinado en alta resolución mediante cristalografía de rayos X. [10] La estructura de la repetición en tándem (CTR) DUF1608 C-terminal de MA0829 reveló que el dominio de la proteína DUF1608 está compuesto por dos dominios sándwich β estructuralmente similares conectados por un subdominio conector corto. Los dominios sándwich β son estructuralmente similares no sólo entre sí sino también con otras proteínas asociadas con estructuras de envoltura de especies dispares, incluidas entidades bacterianas, fúngicas y virales.
Si bien se determinó la estructura de sólo uno de los dos dominios DUF1608 de la proteína MA0829, la estructura de la proteína repetida DUF1608 en tándem MA0829 de longitud completa (menos el péptido señal N-terminal y la atadura y anclaje C-terminal) se pudo modelar en virtud del MA0829 CTR formando el mismo dímero cristalográfico en dos formas cristalinas diferentes. El alto grado de identidad de secuencia de aminoácidos primarios entre los dominios DUF1608 N- y C-terminales (79% idénticos y 87% similares) permitió el modelado de homología de la secuencia de aminoácidos DUF1608 N-terminal en uno de los dominios DUF1608 en el análisis cristalográfico. El dímero CTR DUF1608 proporciona así el primer modelo de alta resolución de una proteína de la capa S de Archaeal.
Un modelo para la estructura cuaternaria del M. La capa S de acetivoranos se propuso basándose en el empaquetamiento del CTR MA0829 en una red hexagonal en una de las dos formas cristalinas obtenidas ( número de acceso al Protein Data Bank 3U2G). [10] El bloque de construcción mínimo de la lámina de la capa S es un trímero de dímeros cristalográficos MA0829 CTR. La traslación lateral de la unidad trimérica crea una lámina plana bidimensional que tiene características consistentes con las propiedades moleculares de las capas S de arqueas hexagonales. [11] [12] [13] La apariencia general de la capa S se asemeja a una estructura de panal de mosaicos hexagonales con un espacio de centro a centro entre los mosaicos de ~240 Å y una altura de ~45 Å. [10]
Tres tipos diferentes de poros están presentes en la lámina con "poros primarios" situados en el eje de simetría séxtuple y "poros trímeros" en el eje de simetría triple. [10] Los poros asimétricos se encuentran entre los bloques de construcción triméricos adyacentes. El tamaño de los poros es lo suficientemente grande como para permitir el intercambio de metabolitos entre el organismo y el medio externo. Mientras que los constituyentes proteicos de las barreras lipídicas, como las membranas externas bacterianas, pueden modificarse rápidamente en respuesta a estímulos fisiológicos o ambientales, presumiblemente se requieren los grandes tamaños de poro de la capa S compuesta por subunidades de proteína MSTP para permitir el paso de las moléculas. a través de una barrera protectora cuyas características moleculares son difíciles de modificar. Una característica interesante del modelo propuesto para el M . La capa S de acetivorans es la carga abrumadoramente negativa de las superficies de la capa S, incluidos los poros. Por tanto, la capa S presenta una barrera sustancial de tamaño y carga para el libre paso de moléculas a través de la capa S. [10]
Las dos estructuras del CTR MA0829 se han depositado en el Banco de datos de proteínas : 3U2G es el código de acceso para la proteína marcada con selenometionina en el grupo espacial P622 y 3U2H es el código de acceso para la estructura de proteína no marcada en el grupo espacial C2.
Las capas S tienen muchas aplicaciones biotecnológicas potenciales. [14] El uso de la estructura MA0829 de alta resolución para facilitar tales estudios se complica por las dificultades para reconstituir las capas S de arqueas in vitro .