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Sorteo

La sortasa se refiere a un grupo de enzimas procariotas que modifican las proteínas de superficie al reconocer y escindir una señal de clasificación carboxilo-terminal . Para la mayoría de los sustratos de las enzimas sortasa, la señal de reconocimiento consiste en el motivo LPXTG (Leu-Pro-any-Thr-Gly), luego una secuencia transmembrana altamente hidrófoba , seguida de un grupo de residuos básicos como la arginina . La escisión ocurre entre Thr y Gly, con una unión transitoria a través del residuo Thr al residuo Cys del sitio activo, seguida de una transpeptidación que une la proteína covalentemente a los componentes de la pared celular. Las sortasas ocurren en casi todas las bacterias Gram-positivas y en la bacteria Gram-negativa ocasional (p. ej. Shewanella putrefaciens ) o Archaea (p. ej. Methanobacterium thermoautotrophicum ), donde no se ha informado de la decoración de la pared celular mediada por LPXTG. [2] [3] Aunque la sortasa A, la sortasa "de mantenimiento", actúa típicamente sobre muchos objetivos proteicos, otras formas de sortasa reconocen formas variantes del motivo de escisión o catalizan el ensamblaje de pilinas en pili . [4] [5] [6]

Reacción

La sortasa de Staphylococcus aureus es una transpeptidasa que une las proteínas de superficie a la pared celular; corta entre Gly y Thr del motivo LPXTG y cataliza la formación de un enlace amida entre el grupo carboxilo de la treonina y el grupo amino del peptidoglicano de la pared celular. [7] [8]

Papel biológico

Las proteínas de sustrato unidas a las paredes celulares por sortasas incluyen enzimas, pilinas y glicoproteínas de superficie de gran tamaño que median la adhesión. Estas proteínas suelen desempeñar papeles importantes en la virulencia, la infección y la colonización por patógenos.

Las proteínas de superficie no sólo promueven la interacción entre el patógeno invasor y los tejidos animales, sino que también proporcionan ingeniosas estrategias para que las bacterias escapen de la respuesta inmunitaria del huésped. En el caso de la proteína A de S. aureus , las inmunoglobulinas son capturadas en la superficie microbiana y camuflan a las bacterias durante la invasión de los tejidos del huésped. Los mutantes de S. aureus que carecen del gen srtA no logran anclar y mostrar algunas proteínas de superficie y tienen una capacidad reducida para causar infecciones animales. La sortasa actúa sobre las proteínas de superficie que se inician en la vía de secreción (Sec) y su péptido señal es eliminado por la peptidasa señal. El genoma de S. aureus codifica dos conjuntos de genes de secreción y sortasa. Es concebible que S. aureus haya desarrollado más de una vía para el transporte de 20 proteínas de superficie a la envoltura de la pared celular.

Téngase en cuenta que la exosortasa y la arqueosortasa son funcionalmente análogas, aunque de ningún modo homólogas a la sortasa. [9]

Aplicaciones farmacéuticas

Como objetivo antibiótico

Se cree que las sortasas son buenos objetivos para nuevos antibióticos [10] ya que son proteínas importantes para las bacterias patógenas y al menos una empresa ha observado un interés comercial limitado. [11]

Conjugados de anticuerpos y fármacos

Los conjugados anticuerpo-fármaco (ADC) están compuestos por un anticuerpo unido a un fármaco. La sortasa se puede utilizar como método para unir estas dos moléculas. Debido a la ligación específica del sitio de la sortasa, parece prometedor su uso como método para crear ADC. La sortasa plantea una posible solución al desafío de crear ADC homogéneos en los que el fármaco se une a un único sitio específico. [12]

Un estudio demostró que los ADC derivados de sortasa pueden matar tumores de manera efectiva tanto in vitro como in vivo. [13] El uso de sortasa para fabricar ADC puede simplificar la producción y reducir los materiales necesarios para el proceso.

Un desafío con el uso de sortasa para la preparación de ADC es la mala cinética de reacción de la enzima natural. El uso de PCR propensa a errores para generar mutantes de SrtA, la variante de sortasa natural más comúnmente utilizada, ha tenido éxito en la generación de variantes de sortasa más eficientes. [14]

Estructura

Este grupo de peptidasas de cisteína pertenece a la familia de peptidasas MEROPS C60 (clan C-) e incluye miembros de varias subfamilias de sortasas.

Otra subfamilia de sortasas (C60B en MEROPS) contiene proteínas sortasas B bacterianas que tienen aproximadamente 200 residuos de longitud. [15]

La función de escisión y ligadura de proteínas de la enzima sortasa depende de la estructura del sitio de unión de la enzima y de la presencia del sitio de unión correcto en la proteína objetivo. [16] El requisito de un motivo de unión limita la versatilidad de la enzima sortasa y requiere la adición de una etiqueta de proteína corta en los casos en que la proteína deseada no contiene el sitio de unión necesario.

Variantes estructurales

La sortasa más utilizada en aplicaciones biológicas y médicas es la enzima SrtA que se encuentra en la bacteria Staphylococcus aureus , que reconoce un motivo de unión LPXTG. Diferentes enzimas sortasas que se encuentran en el estafilococo y otras bacterias tienen otras secuencias de reconocimiento. SrtB, por ejemplo, reconoce una secuencia de unión NPQTN. [16] Estas otras variantes de sortasa tienen diferentes propiedades, incluidos diferentes motivos de unión y eficiencias de reacción.

Para utilizar la enzima sortasa en aplicaciones más amplias, se han desarrollado nuevas variaciones de la enzima para exhibir las propiedades deseadas. Las variantes de SrtA que exhiben una cinética y una eficiencia catalítica similares al tipo salvaje se han diseñado utilizando evolución dirigida . [17] Este proceso induce mutaciones en la enzima natural y selecciona mutaciones que dan como resultado las propiedades deseadas. Se han desarrollado variantes de SrtA con diferentes motivos de unión (LPXSG y LAXTG). [17] Otra variante de sortasa, eSrtA, se desarrolló específicamente para tener una cinética mejorada , mientras que otras variantes se desarrollaron para operar en ausencia de calcio. [16]

Uso en biología estructural

Los biólogos estructurales aprovechan la actividad transpeptidasa de la sortasa para producir proteínas de fusión in vitro. El motivo de reconocimiento (LPXTG) se añade al extremo C de una proteína de interés, mientras que un motivo de oligoglicina se añade al extremo N de la segunda proteína que se va a ligar. Tras la adición de la sortasa a la mezcla de proteínas, los dos péptidos se unen covalentemente a través de un enlace peptídico nativo. Esta reacción la emplean los espectroscopistas de RMN para producir etiquetas de solubilidad invisibles de RMN [18] y los cristalógrafos de rayos X para promover la formación de complejos. [19]

Véase también

Referencias

  1. ^ Cozzi R, Malito E, Nuccitelli A, D'Onofrio M, Martinelli M, Ferlenghi I, Grandi G, Telford JL, Maione D, Rinaudo CD (junio de 2011). "Análisis de la estructura y mutagénesis dirigida al sitio de residuos clave definidos y motivos para la sortasa C1 relacionada con el pilus en Streptococcus del grupo B". FASEB Journal . 25 (6): 1874–86. doi : 10.1096/fj.10-174797 . hdl : 11562/349253 . PMID  21357525. S2CID  28182632.
  2. ^ Mazmanian SK, Ton-That H, Schneewind O (junio de 2001). "Anclaje de proteínas de superficie a la pared celular de Staphylococcus aureus catalizado por sortasa". Microbiología molecular . 40 (5): 1049–57. CiteSeerX 10.1.1.513.4509 . doi :10.1046/j.1365-2958.2001.02411.x. PMID  11401711. S2CID  34467346. 
  3. ^ Pallen MJ, Chaudhuri RR, Henderson IR (octubre de 2003). "Análisis genómico de los sistemas de secreción". Current Opinion in Microbiology . 6 (5): 519–27. doi :10.1016/j.mib.2003.09.005. PMID  14572546.
  4. ^ Oh SY, Budzik JM, Schneewind O (septiembre de 2008). "Las sortasas crean pili a partir de tres ingredientes". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 105 (37): 13703–4. Bibcode :2008PNAS..10513703O. doi : 10.1073/pnas.0807334105 . PMC 2544515 . PMID  18784365. 
  5. ^ LeMieux J, Woody S, Camilli A (septiembre de 2008). "Funciones de las sortasas de Streptococcus pneumoniae en el ensamblaje del pilus de RlrA". Journal of Bacteriology . 190 (17): 6002–13. doi :10.1128/JB.00379-08. PMC 2519520 . PMID  18606733. 
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  7. ^ Mazmanian SK, Liu G, Ton-That H, Schneewind O (julio de 1999). "Sortasa de Staphylococcus aureus, una enzima que ancla las proteínas de superficie a la pared celular". Science . 285 (5428): 760–3. doi :10.1126/science.285.5428.760. PMID  10427003.
  8. ^ Cossart P, Jonquières R (mayo de 2000). "Sortase, ¿un objetivo universal para agentes terapéuticos contra bacterias grampositivas?". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 97 (10): 5013–5. Bibcode :2000PNAS...97.5013C. doi : 10.1073/pnas.97.10.5013 . PMC 33977 . PMID  10805759. 
  9. ^ Haft DH, Payne SH, Selengut JD (enero de 2012). "Las arqueosortasas y las exosortasas son sistemas ampliamente distribuidos que vinculan el tránsito de membrana con la modificación postraduccional". Journal of Bacteriology . 194 (1): 36–48. doi :10.1128/JB.06026-11. PMC 3256604 . PMID  22037399. 
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  12. ^ Remy Gebleux, Manfred Briendl, Ulf Grawunder, Roger R Beerli (4 de junio de 2019). "Sortase, una generación mediada por enzimas de conjugados anticuerpo-fármaco conjugados de manera específica del sitio". Métodos de ligación mediada por enzimas . Métodos en biología molecular. Vol. 2012. págs. 1–13. doi :10.1007/978-1-4939-9546-2_1. ISBN 978-1-4939-9545-5. Número PMID  31161500.
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Lectura adicional

Este artículo incorpora texto de dominio público de Pfam e InterPro : IPR005754