Metabolismo del peptidoglicano de Salmonella en el interior de células ecuariotas
Author
Rico Pérez, GadeaEntity
UAM. Departamento de Biología Molecular; CSIC. Centro Nacional de Biotecnología (CNB)Date
2015-10-15Subjects
Salmonela - Tesis doctorales; Ecuariotas - Tesis doctorales; Biología y Biomedicina / BiologíaNote
Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Biología Molecular. Fecha de lectura: 15-10-2015Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Abstract
El peptidoglicano es un componente esencial de la pared celular que rodea por completo a
la bacteria y de cuya integridad depende la viabilidad celular. Esta estructura es un heteropolímero
formado por largas cadenas glucídicas entrecruzadas por cadenas peptídicas cortas. El
peptidoglicano experimenta continuos procesos de remodelado que facilitan la adaptación de la
bacteria a condiciones ambientales cambiantes. En estrecha correlación con los diversos enlaces
existentes en el peptidoglicano, hoy se conocen una gran cantidad de enzimas implicadas en su
metabolismo, a las que hemos dividido, en este trabajo, en cuatro grupos según su actividad:
biosíntesis (BIO), modificación (MOD), hidrólisis (HID) y reciclaje (REC).
Salmonella enterica es un patógeno intracelular que causa infecciones en un amplio rango
de hospedadores. En esta Tesis hemos empleado fibroblastos como modelo de línea celular. En
este tipo celular S. enterica serovar Typhimurium (S. Typhimurium) establece un estado de baja
proliferación, similar al observado in vivo en bacteria que coloniza tejidos animales. Hemos
identificado un total de cuarenta y ocho genes de S. Typhimurium cuyos productos podrían tener
una actividad enzimática definida sobre el metabolismo del peptidoglicano. Dentro de estos genes,
cinco de ellos, STM1836, STM1910, STM1940, STM3277 y STM4217, se incluyeron en el estudio
por estar presentes de forma diferencial en el género Salmonella. STM1836 y STM1910 muestran
una identidad del 65 % con los genes mrdA y ftsI, los cuales codifican las proteínas PBP 2 y
PBP.3, esenciales en la biosíntesis del peptidoglicano. Por otro lado, STM1940 codifica una
enzima con actividad DL-endopeptidasa. La producción de STM1940 aumenta en bacteria
intracelular obtenida de células eucariotas, es regulada por el sistema de dos componentes PhoPPhoQ
y es necesaria para la virulencia en un modelo de ratón.
Durante la infección de fibroblastos se han observado cambios en la maquinaria
enzimática del peptidoglicano. Dentro de la célula infectada, S. Typhimurium aumenta la
producción de YbiS e YnhG dentro del grupo de enzimas de biosíntesis; PBP 5, PBP 6, PBP 6B,
PBP 7, Spr, NlpC y STM1940 como enzimas de modificación; MltA y EmtA dentro de las enzimas
de hidrólisis; y NagZ, LdcA y Mpl como enzimas de reciclaje.
La existencia de enzimas que reconocen un mismo enlace en el peptidoglicano ha
dificultado la obtención de fenotipos en el modelo de infección de fibroblastos.
Se ha analizado además la estructura del peptidoglicano de S. Typhimurium obtenido de
bacteria intracelular en estado no proliferativo. Este estudio concluyó con la identificación de un
componente del peptidoglicano no descrito con anterioridad correspondiente a un muropéptido no
entrecruzado que contiene, en la cuarta posición de la cadena peptídica lateral, una molécula de
aminoalcohol (alaninol o 1-amino-2-propanol).
Esta Tesis describe, de forma completa, el conjunto de enzimas implicadas en el
metabolismo del peptidoglicano de S. Typhimurium, centrándose en su regulación en el ambiente
extracelular e intracelular además de su contribución a la infección. Información adicional aportada
en este trabajo incluye la definición de la estructura del peptidoglicano en bacteria intracelular
obtenida de fibroblastos, además del estudio y actividad de la enzima STM1940, codificada en una
isla genómica exclusiva del género Salmonella Peptidoglycan is an essential component of the cell wall that surrounds the bacteria
completely and whose integrity ensures bacterial viability against internal osmotic pressure. This
structure is a heteropolymer formed by long glycan chains cross-linked by short stem peptide
chains. The peptidoglycan is continuously remodeled what facilitates bacterial adaptation to
changing environmental conditions. In close relationship to the diversity of bonds known to be
present in the peptidoglycan, a large number of enzymes are also involved in its metabolism, which
we divided in four groups in this work: biosynthesis (BIO), modification (MOD), hydrolysis (HID) and
recycling (REC).
Salmonella enterica is an intracellular pathogen that causes infections in a broad range of
hosts. In this Thesis, we used fibroblasts as cell line model, since S. enterica serovar Typhimurium
(S. Typhimurium) adapts in this cell type to a non-proliferative stage, similar to that observed when
bacteria colonize host tissues in vivo. We have identified forty eight genes of S. Typhimurium
whose products are predicted to have a well-defined enzymatic activity on the peptidoglycan
metabolism. Five of these genes, STM1836, STM1910, STM1940, STM3277 and STM4217, were
included in this investigation because they are present almost exclusively in the Salmonella genus.
STM1836 and STM1910 exhibit 65 % identity at the amino acid level with the products of mrdA and
ftsI, genes that encode PBP 2 and PBP 3, essential biosynthetic proteins involved in the elongation
and division phases, respectively. On the other hand, STM1940 encodes an enzyme with
DL-endopeptidase activity. The production of STM1940 increase in intracellular bacteria obtained
from eukaryotic cells, it is regulated by the two component system PhoP-PhoQ and it is necessary
for virulence in the mouse model.
During fibroblast infection we have observed changes in the enzymatic machinery of the
peptidoglycan. Inside the infected cell, S. Typhimurium increases the production of: the
biosynthetic enzymes YbiS and YnhG; the modification enzymes PBP 5, PBP 6, PBP 6B, PBP 7,
Spr, NlpC and STM1940; MltA and EmtA as hydrolytic enzymes; and, NagZ, LdcA and Mpl as
recycling enzymes.
The redundancy of enzymes acting over the same bond of the peptidoglycan has
complicated the identification of phenotypes in the fibroblast infection model.
We have also analyzed the structure of the peptidoglycan of S. Typhimurium obtained from
intracellular bacteria in a non-proliferative state. This study led to the identification of a new
component of its peptidoglycan that corresponds to a non-cross-linked muropeptide that contains
an aminoalcohol molecule (alaninol or 1-amino-2-propanol) in the fourth position of the peptide
chain.
Therefore, this Thesis describes in a comprehensive manner, the enzymatic machinery
involved in the peptidoglycan metabolism of S. Typhimurium. This study was focused on aspects
related to peptidoglycan regulation in bacteria adapting to extracellular and intracellular
environments as well as its contribution to the infection. This work also includes the definition of the
peptidoglycan structure of non-growing bacteria inside fibroblasts and, in addition, the
characterization of a novel DL-endopeptidase, STM1940, encoded in a genomic island exclusive of
the Salmonella genus
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