Mykobakterielle Erkrankungen
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Abstrakt

Funktionelle und strukturelle Flexibilität von Typ III-Polyketidsynthasen in Mycobacterium marinum

Priti Saxena1*, Samir Giri1, Amreesh Parvez1, Gorkha Raj Giri1, Shivendra Pratap2, Monika Kumari1, Abhiruchi Kant2, Renu Bisht1 und Vengadesan Krishnan2

Die Pathogenese von Mykobakterien ist durch lipidische Polyketide gekennzeichnet, die die Zellhülle schmücken und Infektionen vermitteln. Die Faktoren, die die Persistenz vermitteln, sind jedoch weitgehend unbekannt. Eine dynamische Zellwandumgestaltung könnte verschiedene pathogene Phasen erleichtern. Neuere Studien haben gezeigt, dass Polyketidsynthasen (PKS) vom Typ III an Zellwandveränderungen bei mehreren Bakterien beteiligt sind. Eine vergleichende Genomanalyse ergab mehrere PKS-Gene vom Typ III in Mykobakterien. Das Genom von Mycobacterium marinum beherbergt vier PKS vom Typ III, die sich in drei genomischen PKS-Clustern gruppieren. mmar_2470 und mmar_2474 bilden einen Cluster mit anderen PKS vom Typ I, während mmar_2190 mit Genen für mehrere Polyketidmodifikatoren gruppiert ist. Interessanterweise sind diese einzigartigen genomischen PKS-Cluster ausschließlich in pathogenen Arten konserviert. Zellfreie Rekonstitutionstests und hochauflösende massenspektrometrische Analysen zeigten die Fähigkeit dieser Proteine, verschiedene Monocarboxyl-CoA-Substrate zu akzeptieren und mit Dicarboxyl-CoA-Extendereinheiten zu verlängern, um eine Palette von Polyketidmetaboliten zu biosynthetisieren. Die Proteine ​​MMAR_2470 und MMAR_2474 verwendeten zwei verschiedene Extender, um methylierte Polyketidprodukte zu biosynthetisieren, während MMAR_2190 nicht-methylierte Metaboliten produzierte. Dreidimensionale Strukturanalysen für MMAR_2190 zeigten eine ausgeprägte katalytische Funktion, die durch die Rotationsflexibilität wichtiger Aminosäuren im aktiven Zentrum reguliert wird. Funktionelle Untersuchungen an heterologen Mykobakterienstämmen zeigten, dass diese Proteine ​​für das Überleben der Mykobakterien in stationären Biofilmen von entscheidender Bedeutung sind. Unsere Studie bietet neue Einblicke in die funktionale Bedeutung von Typ-III-PKSs, die in pathogenen Mykobakterienarten konserviert sind, und beschreibt mechanistisch entscheidende Restpositionen, die moduliert werden können, um ein Repertoire ungewöhnlicher biologisch aktiver Typ-III-Polyketide zu erzeugen.