Superficie cellulare

Nature Communications volume 14, numero articolo: 2392 (2023) Citare questo articolo

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I Curli sono amiloidi funzionali presenti sulla membrana esterna di E. coli. CsgF è necessario per il corretto assemblaggio dei ricci. Qui, abbiamo scoperto che la fase CsgF si separa in vitro e che la capacità delle varianti CsgF di separarsi in fase è strettamente correlata alla funzione CsgF durante la biogenesi dei curli. La sostituzione dei residui di fenilalanina nell'estremità N-terminale di CsgF ha ridotto la propensione di CsgF alla fase separata e ha compromesso l'assemblaggio dei curli. Aggiunta esogena di cellule csgF complementate con CsgF purificate. Questo test di addizione esogena è stato utilizzato per valutare la capacità delle varianti CsgF di completare le cellule csgF ‒. CsgF sulla superficie cellulare ha modulato la secrezione di CsgA, la subunità maggiore dei curli, sulla superficie cellulare. Abbiamo anche scoperto che la proteina nucleatrice CsgB può formare aggregati insolubili in SDS all'interno del condensato dinamico CsgF. Proponiamo che questi condensati multicomponente CsgF-B formino un complesso competente per la nucleazione che modella la formazione di amiloide CsgA sulla superficie cellulare.

Il misfolding delle proteine ​​e il deposito di amiloide sono implicati in molti disturbi neurodegenerativi come il morbo di Parkinson e il morbo di Alzheimer1,2. Gli amiloidi “funzionali” si distinguono in quanto la struttura amiloide è strettamente legata al risultato fisiologico desiderato per le cellule3,4,5. Le fibre Curli sono amiloidi funzionali presenti nella matrice extracellulare di batteri enterici come E. coli e Salmonella6. I riccioli amiloidi funzionali batterici condividono proprietà biochimiche e biofisiche con gli amiloidi associati alla malattia6. I Curli sono coinvolti nella formazione del biofilm, nell'adesione cellula-cellula, nell'interazione cellula-ospite e possono innescare risposte immunitarie nelle cellule ospiti6,7. Gli amiloidi Curli sono composti da una subunità maggiore chiamata CsgA (gene specifico curli) e da una subunità minore chiamata CsgB8. La formazione di amiloide CsgA sulla superficie cellulare viene avviata dalla proteina "nucleatrice" CsgB8,9,10. Cinque proteine ​​accessorie sono necessarie per regolare la secrezione delle subunità curli e per garantire la corretta formazione dei curli sulla superficie cellulare. Le subunità curli e le proteine ​​accessorie sono trascritte in modo divergente dagli operoni csgDEGF e csgBAC11,12,13. CsgD, il regolatore principale del curli, regola l'espressione di tutte le proteine ​​associate al curli14. CsgG è un poro della membrana non americana che attraversa la membrana esterna e funge da canale per la secrezione di CsgA, CsgB e CsgF15,16,17. Il legame di CsgE alla regione periplasmatica di CsgG è essenziale per la selezione del substrato16,18. CsgC è una proteina simile a chaperone che impedisce l'aggregazione di CsgA nella regione periplasmatica delle cellule batteriche19. CsgA viene secreto nella membrana esterna in una forma solubile non polimerizzata20. Sulla superficie cellulare, CsgB nuclea la formazione di amiloide CsgA8. La proteina accessoria CsgF è essenziale per il corretto ancoraggio di CsgB sulla superficie cellulare e, senza CsgF, la formazione di riccioli viene interrotta12,21. Recenti studi strutturali utilizzando cryo-EM hanno rivelato che l'N-terminale di CsgF si dispone sulla parte extracellulare di CsgG22,23,24. Tuttavia, il meccanismo mediante il quale CsgF aiuta l'assemblaggio dei curli è poco compreso.

La visione classica sull’organizzazione delle cellule batteriche è in rapida evoluzione25. Un numero crescente di prove suggerisce che le biomolecole possono localizzarsi all'interno delle cellule batteriche25,26,27. La sub-compartimentazione senza membrana delle biomolecole in “condensati biomolecolari” tramite separazione di fase (transizione di densità) o separazione di fase accoppiata alla percolazione (transizione di rete) è emersa come un tema comune nelle cellule eucariotiche28,29,30,31,32,33,34. I progressi nelle tecniche di microscopia hanno rivelato che l'organizzazione intracellulare delle biomolecole nei batteri potrebbe avvenire anche tramite separazione di fase27,35,36. Le interazioni deboli multivalenti tra proteine ​​o acidi proteico-nucleici facilitano l'assemblaggio di condensati biomolecolari30,37,38. È stato dimostrato che le proteine ​​con domini a bassa complessità, regioni intrinsecamente disordinate (IDR) o regioni simili a prioni subiscono la separazione di fase; tuttavia, il ruolo di questi domini/regioni nel mediare la separazione di fase dipende dalla loro composizione aminoacidica39,40,41. I condensati biomolecolari hanno proprietà distinte da quelle circostanti e hanno dimostrato di essere coinvolti in un'ampia gamma di funzioni cellulari29,42. Ad esempio, la concentrazione di reagenti specifici in condensati biomolecolari può potenziare le reazioni biochimiche o sopprimere le reazioni sequestrando i reagenti37,43. È stato dimostrato che molte proteine ​​che formano amiloide associate a malattie neurodegenerative, come l'α-sinucleina, l'huntingtina, la tau e le proteine ​​prioniche, si separano in fase e si aggregano in amiloidi all'interno di condensati biomolecolari20,29,30,44,45,46.