Inativador DSF RpfB homólogo FadD regulado positivamente em Bradyrhizobium japonicum sob condições limitantes de ferro

Jun 12, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8701 (2023) Cite este artigo

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Bactéria fitopatogênica Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) causa podridão negra e outras doenças de plantas. O Xcc detecta o fator de sinal difusível (DSF) como um sinal de detecção de quorum (QS) que medeia principalmente a absorção de ferro e a virulência. RpfB desativa o DSF neste circuito DSF-QS. Examinamos os perfis diferenciais de expressão gênica de Bradyrhizobium japonicum sob condições de ferro baixo versus alto e descobrimos que fadD e irr foram regulados positivamente sob baixo teor de ferro (alteração de log2 vezes 0,825 e 1,716, respectivamente). Além de ter padrões de dobramento de proteínas semelhantes e semelhanças de domínio funcional, FadD compartilhou 58% de similaridade de sequência com RpfB de Xcc. Os complexos RpfB–DSF e FadD–DSF tiveram escores de docking molecular SWISSDock de − 8,88 kcal/mol e − 9,85 kcal/mol, respectivamente, e os resultados da simulação de dinâmica molecular de 100 ns estavam de acordo com os resultados do docking. No entanto, diferenças significativas foram encontradas entre as energias de ligação de FadD-DSF e RpfB-DSF, indicando possível renovação de DSF dependente de FadD. A rede de interação proteína-proteína mostrou que o FadD se conectou indiretamente com a permease do transportador ABC (ABCtp), que também foi regulada positivamente (alteração de log2 vezes 5,485). Especulamos que a condição de baixo teor de ferro pode ser um estímulo ambiental mimético para a regulação positiva de fadD em B. japonicum para desativar o DSF, inibir a absorção de ferro e a virulência dos vizinhos produtores de DSF. Esta descoberta fornece uma nova opção de usar B. japonicum ou um B. japonicum geneticamente melhorado como um potencial agente de biocontrole contra Xcc, com o benefício adicional de propriedades promotoras do crescimento da planta.

O ferro é o elemento mais onipresente na crosta terrestre depois do oxigênio, silício e alumínio. O ferro geralmente existe no estado de oxidação ferroso (Fe2+) ou férrico (Fe3+)1. O ferro férrico tem solubilidade relativamente baixa, embora seja a forma predominante no ambiente oxigenado da Terra, e isso representa um desafio para as bactérias com metabolismo aeróbico. Em pH baixo, o ferro ferroso mais solúvel é o mais abundante em um ambiente anaeróbico ou microaeróbico2. O ferro é essencial para a atividade de enzimas reguladoras e metabólicas, razão pela qual é essencial para a fisiologia bacteriana. No entanto, o ferro pode ser tóxico para as células devido ao seu potencial de transportar elétrons em pH fisiológico. As bactérias desenvolveram mecanismos para coletar ativamente ferro do ambiente quando o ferro é escasso e para controlar a disponibilidade de ferro livre intracelular quando o ferro é abundante3. Essa homeostase do ferro é crucial tanto para a virulência quanto para os processos celulares normais1. O regulador de captação férrica (Fur) é um regulador transcricional global da homeostase, virulência e estresse oxidativo do ferro4. A pele foi amplamente pesquisada em Escherichia coli5 e demonstrou regular a expressão dependente de ferro de mais de 90 genes6. Fur funciona como um repressor positivo, pois quando interage com o ferro (seu co-repressor) suprime a transcrição e quando o ferro está ausente deprime a transcrição6. Fur é uma proteína homodimérica de ligação ao DNA que se liga a um íon ferroso por subunidade. Em baixas concentrações de ferro, a afinidade de ligação ao DNA de apo-Fur (Fur sem ferro) é aproximadamente 1000 vezes menor que a de Fur e sua atividade é deprimida, resultando em absorção de ferro, supressão de RyhB small RNA, diminuição do armazenamento de ferro e diminuição síntese de ferro-proteína6. Os sideróforos são moléculas extracelulares quelantes de ferro férrico que são sintetizadas por bactérias para aquisição de ferro7. As cepas bacterianas que são incapazes de produzir sideróforos frequentemente utilizam sideróforos produzidos por outras cepas bacterianas, o que lhes dá uma vantagem competitiva na competição entre espécies ou condições limitantes de ferro8. As bactérias possuem outros mecanismos de aquisição de ferro, incluindo a absorção de heme e um sistema de transporte de ferro ferroso2,9. No entanto, descobriu-se que as cepas de mutantes fur carecem de homeostase de ferro apropriada, e uma alta concentração de ferro intracelular foi detectada como resultado da produção constantemente alta de sideróforos4. Em plantas hospedeiras, as cepas mutantes de pele diminuíram a resistência ao estresse oxidativo e diminuíram as características de virulência4,10. Esses achados destacam a importância do ferro e do Fur na patogenicidade de bactérias fitopatogênicas.