O efetor Tse5 da P. aeruginosa forma poros de membrana, interrompendo o potencial de membrana de bactérias intoxicadas

Biologia das Comunicações volume 5, Número do artigo: 1189 (2022) Citar este artigo

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O sistema de secreção tipo VI (T6SS) de Pseudomonas aeruginosa injeta proteínas efetoras em competidores vizinhos e células hospedeiras, proporcionando uma vantagem de aptidão que permite que esse patógeno nosocomial oportunista persista e prevaleça durante o início das infecções. No entanto, apesar da alta relevância clínica da P. aeruginosa, a identidade e o modo de ação da maioria dos efetores dependentes de T6SS da P. aeruginosa ainda precisam ser descobertos. Aqui, relatamos o mecanismo molecular de Tse5-CT, o produto auto-proteolítico tóxico do efetor Tse5 exportado por P. aeruginosa T6SS. Nossos resultados demonstram que Tse5-CT é uma toxina formadora de poros que pode transportar íons através da membrana, causando despolarização da membrana e morte bacteriana. O potencial de membrana regula uma ampla gama de funções celulares essenciais; portanto, a despolarização da membrana é uma estratégia eficiente para competir com outros microrganismos em ambientes polimicrobianos.

As bactérias geralmente se associam formando estruturas polimicrobianas chamadas biofilmes1,2, onde frequentemente competem com outros microrganismos por espaço e nutrientes. Nesse contexto, muitas bactérias Gram-negativas empregam o sistema de secreção tipo VI (T6SS) para fornecer efetores tóxicos a concorrentes próximos para matá-los ou subverter suas principais funções biológicas. Assim, o T6SS fornece uma vantagem evolutiva às bactérias que lhes permite prosperar e ter sucesso na colonização de nicho3,4,5. O T6SS reúne dentro da bactéria a partir de 14 componentes essenciais relacionados às proteínas da cauda do bacteriófago T45,6,7,8,9,10,11. O mecanismo de injeção é energizado pela contração da bainha TssBC (também conhecida como VipAB)10,12,13, que encapsula a estrutura tubular da Hcp. O tubo Hcp é coberto pelo complexo de ponta VgrG-PAAR, que se acredita facilitar a punção das membranas das células produtoras e alvo após a contração da bainha TssBC9,10. Os efetores T6SS são encapsulados dentro do tubo Hcp14 ou associados ao complexo de ponta VgrG-PAAR15. Além disso, existem outros efetores como domínios de extensão nas proteínas VgrG16,17,18, Hcp19 ou PAAR10. É importante ressaltar que as bactérias que possuem um efetor T6SS antibacteriano específico também codificam uma proteína de imunidade cognata correspondente, que se liga especificamente ao efetor, neutralizando assim a toxicidade do efetor20.

A P. aeruginosa contém em seu genoma três clusters T6SS independentes (H1, H2 e H3-T6SS)21,22. Efetores conhecidos entregues pelo H1-T6SS têm uma atividade antiprocariótica que tem como alvo: (i) o peptidoglicano da parede celular (Tse1: atividade da peptidase23,24 e Tse3: atividade da muramidase25,26), (ii) a membrana (Tse414,27), ( iii) NAD(P)+ (Tse6: atividade da glicohidrolase28), (iv) DNA (Tse7: atividade da DNase29) e (v) biossíntese de proteínas (Tse830). Além disso, uma chave para decifrar o papel dos efetores T6SS é entender seus mecanismos de regulação. As bactérias desenvolveram diferentes estratégias para implantar seu T6SS. Enquanto algumas cepas de Vibrio cholerae montam e disparam seu aparato em locais aleatórios na célula, P. aeruginosa PAO1 usa o H1-T6SS de forma mais defensiva, montando e disparando apenas exatamente onde detecta um ataque de outra bactéria31,32,33,34 ,35,36,37. Consequentemente, enquanto V. cholerae é superado em co-culturas com P. aeruginosa quando ambos os organismos têm um T6SS funcional, P. aeruginosa não mata uma cepa de V. cholerae T6SS-negativa36. Esse mecanismo defensivo foi observado em coculturas de P. aeruginosa com outras espécies bacterianas T6SS+, incluindo Acinetobacter baylyi ou Burkholderia thailandensis36,38,39 e foi denominado resposta T6SS tit-for-tat36.

No presente estudo, investigamos Tse5 (PA2684), um efetor dependente de H1-T6SS conservado entre cepas de P. aeruginosa isoladas de pacientes com fibrose cística e bronquiectasia40. Dois laboratórios14,41, quase simultaneamente, descobriram o Tse5. No entanto, seu mecanismo de ação permanece indefinido. Foi demonstrado que a Tse5-CT é tóxica quando expressa no citoplasma de Escherichia coli41 e quando direcionada ao seu periplasma14. Tse5 associa-se a VgrG4 (PA2685, também conhecido como VgrG1c) para distribuição dependente de H1-T6SS em células-alvo14,41. Além disso, as células produtoras de Tse5 protegem-se da intoxicação pela proteína de imunidade cognata Tsi5 (PA2683)14,41. Tsi5 contém duas regiões transmembrana previstas. Além disso, experimentos de localização subcelular e análise de Western blot mostraram que ela se fraciona com a membrana citoplasmática de células de E. coli que expressam Tsi5, o que sustenta a hipótese de que Tsi5 é uma proteína integral de membrana41.