Phosphorylcholine Phosphatase: A Peculiar Enzyme of Pseudomonas aeruginosa

Pseudomonas aeruginosa synthesizes phosphorylcholine phosphatase (PchP) when grown on choline, betaine, dimethylglycine or carnitine. In the presence of Mg2+ or Zn2+, PchP catalyzes the hydrolysis of p-nitrophenylphosphate (p-NPP) or phosphorylcholine (Pcho). The regulation of pchP gene expression is under the control of GbdR and NtrC; dimethylglycine is likely the metabolite directly involved in the induction of PchP. Therefore, the regulation of choline metabolism and consequently PchP synthesis may reflect an adaptive response of P. aeruginosa to environmental conditions. Bioinformatic and biochemistry studies shown that PchP contains two sites for alkylammonium compounds (AACs): one in the catalytic site near the metal ion-phosphoester pocket, and another in an inhibitory site responsible for the binding of the alkylammonium moiety. Both sites could be close to each other and interact through the residues 42E, 43E and 82YYY84. Zn2+ is better activator than Mg2+ at pH 5.0 and it is more effective at alleviating the inhibition produced by the entry of Pcho or different AACs in the inhibitory site. We postulate that Zn2+ induces at pH 5.0 a conformational change in the active center that is communicated to the inhibitory site, producing a compact or closed structure. However, at pH 7.4, this effect is not observed because to the hydrolysis of the [Zn2+L2−1L20(H2O)2] complex, which causes a change from octahedral to tetrahedral in the metal coordination geometry. This enzyme is also present in P. fluorescens, P. putida, P. syringae, and other organisms. We have recently crystallized PchP and solved its structure

Different Effects of Mg2+ and Zn2+ on the Two Sites for Alkylammonium Compounds in Pseudomonas aeruginosa Phosphorylcholine Phosphatase

Pseudomonas aeruginosa phosphorylcholine phosphatase (PchP) catalyzes the hydrolysis of phosphorylcholine (Pcho), is activated by Mg2+ or Zn2+, and is inhibited by high concentrations of substrate. This study has shown that PchP contains two sites for alkylammonium compounds (AACs): one in the catalytic site near the metal ion-phosphoester pocket, and the other in an inhibitory site responsible for the binding of the alkylammonium moiety. The catalytic mechanism for the entry of Pcho in both sites and Zn2+ or Mg2+ follows a random sequential mechanism. However, Zn2+ is more effective than Mg2+ at alleviating the inhibition produced by the entry of Pcho or different AACs in the inhibitory site. We postulate that Zn2+ induces a conformational change in the active center that is communicated to the inhibitory site, producing a compact or closed structure. In contrast, Mg2+ produces a relaxed or open conformation

Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of Pseudomonas aeruginosa phosphorylcholine phosphatase

Pseudomonas aeruginosa phosphorylcholine phosphatase (PchP) catalyzes the hydrolysis of phosphorylcholine to produce choline and inorganic phosphate. Phosphorylcholine is released by the action of haemolytic phospholipase C (PlcH) on phosphatidylcholine or sphingomyelin. PchP belongs to the HAD superfamily and its activity is dependent on Mg2+, Zn2+ or Cu 2+. The possible importance of PchP in the pathogenesis of P. aeruginosa, the lack of information about its structure and its low identity to other members of this family led us to attempt its crystallization in order to solve its three-dimensional structure. Crystals of the protein have been grown and diffraction data have been obtained to 2.7 Å resolution. The crystals belonged to the monoclinic space group C2, with unit-cell parameters a = 137.16, b = 159.15, c = 73.31 Å, Β = 117.89°. Statistical analysis of the unit-cell contents and the self-rotation function suggest a tetrameric state of the molecule with 222 point-group symmetry.Fil: Otero, Lisandro Horacio. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Beassoni, Paola Rita. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas, Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Biología Molecular. Sección Química Biológica; Argentina. Universidad Nacional de Río Cuarto. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto para el Desarrollo Agroindustrial y de la Salud; ArgentinaFil: Domenech, Carlos Eduardo. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Lisa, Angela Teresita. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Biología Molecular; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Albert, Armando. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Instituto de Química Física; Españ

A Spectroscopy-based Methodology for Rapid Screening and Characterization of Phytochrome Photochemistry in Search of Pfr-favored Variants

Phytochromes are photosensitive proteins with a covalently bound open-chain chromophore that can switch between two principal states: red light absorbing Pr and far-red light absorbing Pfr. Our group has previously shown that the bacteriophytochrome from Xanthomonas campestris pv. campestris (XccBphP) is a bathy-like phytochrome that uses biliverdin IXα as a co-factor and is involved in bacterial virulence. To date, the XccBphP crystal structure could only be solved in the Pr state, while the structure of its Pfr state remains elusive. The aims of this work were to develop an efficient screening methodology for the rapid characterization and to identify XccBphP variants that favor the Pfr form. The screening approach developed here consists in analyzing the UV-Vis absorption behavior of clarified crude extracts containing recombinant phytochromes. This strategy has allowed us to quickly explore over a hundred XccBphP variants, characterize multiple variants and identify Pfr-favored candidates. The high-quality data obtained enabled not only a qualitative, but also a quantitative characterization of their photochemistry. This method could be easily adapted to other phytochromes or other photoreceptor families.Fil: Antelo, Giuliano Tomás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Sánchez Lamas, Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Goldbaum, Fernando Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Otero, Lisandro Horacio. Plataforma Argentina de Biología Estructural y Metabolómica Plabem; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Bonomi, Hernán Ruy. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Rinaldi, Jimena Julieta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentin

The reaction mechanism of metallo-beta-lactamases is tuned by the conformation of an active site mobile loop

Carbapenems are "last resort" β-lactam antibiotics used to treat serious and life-threatening health care-associated infections caused by multidrug-resistant Gram-negative bacteria. Unfortunately, the worldwide spread of genes coding for carbapenemases among these bacteria is threatening these life-saving drugs. Metallo-β-lactamases (MβLs) are the largest family of carbapenemases. These are Zn(II)-dependent hydrolases that are active against almost all β-lactam antibiotics. Their catalytic mechanism and the features driving substrate specificity have been matter of intense debate. The active sites of MβLs are flanked by two loops, one of which, loop L3, was shown to adopt different conformations upon substrate or inhibitor binding, and thus are expected to play a role in substrate recognition. However, the sequence heterogeneity observed in this loop in different MβLs has limited the generalizations about its role. Here, we report the engineering of different loops within the scaffold of the clinically relevant carbapenemase NDM-1. We found that the loop sequence dictates its conformation in the unbound form of the enzyme, eliciting different degrees of active-site exposure. However, these structural changes have a minor impact on the substrate profile. Instead, we report that the loop conformation determines the protonation rate of key reaction intermediates accumulated during the hydrolysis of different β-lactams in all MβLs. This study demonstrates the existence of a direct link between the conformation of this loop and the mechanistic features of the enzyme, bringing to light an unexplored function of active-site loops on MβLs.Fil: Palacios, Antonela Rocio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Mojica, María F.. Case Western Reserve University; Estados UnidosFil: Giannini, Estefanía. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Taracila, Magdalena A.. Case Western Reserve University; Estados Unidos. Louis Stokes Veterans Affairs Medical Center; Estados UnidosFil: Bethel, Christopher R.. Louis Stokes Veterans Affairs Medical Center; Estados UnidosFil: Alzari, Pedro M.. Institut Pasteur de Paris; FranciaFil: Otero, Lisandro Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Klinke, Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Llarrull, Leticia Irene. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Bonomo, Robert A.. Case Western Reserve University; Estados UnidosFil: Vila, Alejandro Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; Argentin

Pr-favoured variants of the bacteriophytochrome from the plant pathogen Xanthomonas campestris hint on light regulation of virulence-associated mechanisms

Red/far-red light-sensing bacteriophytochrome photoreceptor (BphP) pathways play key roles in bacterial physiology and ecology. These bilin-binding proteins photoswitch between two states, Pr (red absorbing) and Pfr (far-red absorbing). The isomerization of the chromophore and the downstream structural changes result in the light signal transduction. The agricultural pathogen Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) code for a single bathy-like type BphP (XccBphP), previously shown to negatively regulate several light-mediated biological processes involved in virulence. Here, we generated three different full-length variants with single amino acid changes within its GAF domain that affect the XccBphP photocycle favouring its Pr state: L193Q, L193N and D199A. While D199A recombinant protein locks XccBphP in a Pr-like state, L193Q and L193N exhibit a significant enrichment of the Pr form in thermal equilibrium. The X-ray crystal structures of the three variants were solved, resembling the wild-type protein in the Pr state. Finally, we studied the effects of altering the XccBphP photocycle on the exopolysaccharide xanthan production and stomatal aperture assays as readouts of its bacterial signalling pathway. Null-mutant complementation assays show that the photoactive Pr-favoured XccBphP variants L193Q and L193N tend to negatively regulate xanthan production in vivo. In addition, our results indicate that strains expressing these variants also promote stomatal apertures in challenged plant epidermal peels, compared to wild-type Xcc. The findings presented in this work provide new evidence on the Pr state of XccBphP as a negative regulator of the virulence-associated mechanisms by light in Xcc.Fil: Conforte, Valeria Paola. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein". Fundación Pablo Cassará. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein"; ArgentinaFil: Otero, Lisandro Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Toum, Laila. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein". Fundación Pablo Cassará. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein"; ArgentinaFil: Sirigu, Serena. No especifíca;Fil: Antelo, Giuliano Tomás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Rinaldi, Jimena Julieta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Foscaldi, Sabrina Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Klinke, Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Chavas, Leonard Michel Gabriel. No especifíca;Fil: Vojnov, Adrián Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein". Fundación Pablo Cassará. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein"; ArgentinaFil: Goldbaum, Fernando Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Malamud, Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Luján; ArgentinaFil: Bonomi, Hernán Ruy. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentin

How Allosteric Control of Staphylococcus aureus Penicillin-Binding Protein 2a Enables Methicillin-Resistance and Physiological Function

The expression of penicillin binding protein 2a (PBP2a) is the basis for the broad clinical resistance to the β-lactam antibiotics by methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). The highmolecular mass penicillin binding proteins of bacteria catalyze in separate domains the transglycosylase and transpeptidase activities required for the biosynthesis of the peptidoglycan polymer that comprises the bacterial cell wall. In bacteria susceptible to β-lactam antibiotics, the transpeptidase activity of their penicillin binding proteins (PBPs) is lost as a result of irreversible acylation of an active site serine by the β-lactam antibiotics. In contrast, the PBP2a of MRSA is resistant to β-lactam acylation and successfully catalyzes the DD-transpeptidation reaction necessary to complete the cell wall. The inability to contain MRSA infection with β-lactam antibiotics is a continuing public health concern. We report herein the identification of an allosteric binding domain - a remarkable 60 Å distant from the DD-transpeptidase active site - discovered by crystallographic analysis of a soluble construct of PBP2a. When this allosteric site is occupied, a multiresidue conformational change culminates in the opening of the active site to permit substrate entry. This same crystallographic analysis also reveals the identity of three allosteric ligands: muramic acid (a saccharide component of the peptidoglycan), the cell wall peptidoglycan, and ceftaroline, a recently approved anti-MRSA β-lactam antibiotic. The ability of an anti-MRSA β-lactam antibiotic to stimulate allosteric opening of the active site, thus predisposing PBP2a to inactivation by a second β-lactam molecule, opens an unprecedented realm for β-lactam antibiotic structure-based design.Fil: Otero, Lisandro Horacio. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Instituto de Química Física; España. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Rojas Altuve, Alzoray. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Instituto de Química Física; EspañaFil: Llarrull, Leticia Irene. University of Notre Dame; Estados Unidos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Carrasco López, Cesar. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Instituto de Química Física; EspañaFil: Kumarasiri, Malika. University of Notre Dame; Estados UnidosFil: Lastochkin, Elena. University of Notre Dame; Estados UnidosFil: Fishovitz, Jennifer. University of Notre Dame; Estados UnidosFil: Dawley, Matthew. University of Notre Dame; Estados UnidosFil: Hesek, Dusan. University of Notre Dame; Estados UnidosFil: Lee, Mijoon. University of Notre Dame; Estados UnidosFil: Johnson, Jarrod W.. University of Notre Dame; Estados UnidosFil: Fisher, Jed F.. University of Notre Dame; Estados UnidosFil: Chang, Mayland. University of Notre Dame; Estados UnidosFil: Mobashery, Shahriar. University of Notre Dame; Estados UnidosFil: Hermoso, Juan A.. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Instituto de Química Física; Españ

Deamidation drives molecular aging of the SARS-CoV-2 spike protein receptor-binding motif

The spike protein is the main protein component of the SARS-CoV-2 virion surface. The spike receptor-binding motif mediates recognition of the human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) receptor, a critical step in infection, and is the preferential target for spikeneutralizing antibodies. Post-translational modifications of the spike receptor-binding motif have been shown to modulate viral infectivity and host immune response, but these modifications are still being explored. Here we studied asparagine deamidation of the spike protein, a spontaneous event that leads to the appearance of aspartic and isoaspartic residues, which affect both the protein backbone and its charge. We used computational prediction and biochemical experiments to identify five deamidation hotspots in the SARS-CoV-2 spike protein. Asparagine residues 481 and 501 in the receptor-binding motif deamidate with a half-life of 16.5 and 123 days at 37°C, respectively. Deamidation is significantly slowed at 4°C, indicating a strong dependence of spike protein molecular aging on environmental conditions. Deamidation of the spike receptor-binding motif decreases the equilibrium constant for binding to the hACE2 receptor more than 3.5-fold, yet its high conservation pattern suggests some positive effect on viral fitness. We propose a model for deamidation of the full SARS-CoV-2 virion illustrating how deamidation of the spike receptor-binding motif could lead to the accumulation on the virion surface of a nonnegligible chemically diverse spike population in a timescale of days. Our findings provide a potential mechanism for molecular aging of the spike protein with significant consequences for understanding virus infectivity and vaccine development.Fil: Lorenzo Lopez, Juan Ramiro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigación Veterinaria de Tandil. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigación Veterinaria de Tandil. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comision de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación Veterinaria de Tandil; ArgentinaFil: Defelipe, Lucas Alfredo. European Molecular Biology Laboratory; Alemania. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Aliperti Car, Lucio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Niebling, Stephan. European Molecular Biology Laboratory; Alemania. Centre for Structural Systems Biology; AlemaniaFil: Custódio, Tânia F.. European Molecular Biology Laboratory; Alemania. Centre for Structural Systems Biology; AlemaniaFil: Löw, Christian. European Molecular Biology Laboratory; Alemania. Centre for Structural Systems Biology; AlemaniaFil: Schwarz, Jennifer J.. European Molecular Biology Laboratory; AlemaniaFil: Remans, Kim. European Molecular Biology Laboratory; AlemaniaFil: Craig, Patricio Oliver. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Otero, Lisandro Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Klinke, Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: García Alai, María. European Molecular Biology Laboratory; Alemania. Centre for Structural Systems Biology; AlemaniaFil: Sánchez Miguel, Ignacio Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Alonso, Leonardo Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Nanobiotecnología. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Nanobiotecnología; Argentin

Structural basis for the Pr-Pfr long-range signaling mechanism of a full-length bacterial phytochrome at the atomic level

Phytochromes constitute a widespread photoreceptor family that typically interconverts between two photostates called Pr (red light-absorbing) and Pfr (far-red light-absorbing). The lack of full-length structures solved at the (near-)atomic level in both pure Pr and Pfr states leaves gaps in the structural mechanisms involved in the signal transmission pathways during the photoconversion. Here, we present the crystallographic structures of three versions from the plant pathogen Xanthomonas campestris virulence regulator XccBphP bacteriophytochrome, including two full-length proteins, in the Pr and Pfr states. The structures show a reorganization of the interaction networks within and around the chromophore-binding pocket, an α-helix/β-sheet tongue transition, and specific domain reorientations, along with interchanging kinks and breaks at the helical spine as a result of the photoswitching, which subsequently affect the quaternary assembly. These structural findings, combined with multidisciplinary studies, allow us to describe the signaling mechanism of a full-length bacterial phytochrome at the atomic level.Fil: Otero, Lisandro Horacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina. Plataforma Argentina de Biología Estructural y Metabolómica; ArgentinaFil: Foscaldi, Sabrina Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Antelo, Giuliano Tomás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Rosano, German Leandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario; ArgentinaFil: Sirigu, Serena. Soleil Synchrotron; FranciaFil: Klinke, Sebastian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentina. Plataforma Argentina de Biología Estructural y Metabolómica; ArgentinaFil: Defelipe, Lucas Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. European Molecular Biology Laboratory Hamburg; AlemaniaFil: Sánchez Lamas, Maximiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Battocchio, Giovanni. Technishe Universitat Berlin; AlemaniaFil: Conforte, Valeria Paola. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein". Fundación Pablo Cassará. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein"; ArgentinaFil: Vojnov, Adrián Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein". Fundación Pablo Cassará. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein"; ArgentinaFil: Chavas, Leonard M.G.. Soleil Synchrotron; Francia. Nagoya University; JapónFil: Goldbaum, Fernando Alberto. Plataforma Argentina de Biología Estructural y Metabolómica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Mroginski, Maria Andrea. Technishe Universitat Berlin; AlemaniaFil: Rinaldi, Jimena Julieta. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Bonomi, Hernán Ruy. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; Argentin

Exaptation of two ancient immune proteins into a new dimeric pore-forming toxin in snails

The Membrane Attack Complex-Perforin (MACPF) family is ubiquitously found in all kingdoms. They have diverse cellular roles, however MACPFs with pore-forming toxic function in venoms and poisons are very rare in animals. Here we present the structure of PmPV2, a MACPF toxin from the poisonous apple snail eggs, that can affect the digestive and nervous systems of potential predators. We report the three-dimensional structure of PmPV2, at 17.2 A resolution determined by negative-stain electron microscopy and its solution structure by small angle X-ray scattering (SAXS). We found that PV2s differ from nearly all MACPFs in two respects: it is a dimer in solution and protomers combine two immune proteins into an AB toxin. The MACPF chain is linked by a single disulfide bond to a tachylectin chain, and two heterodimers are arranged head-to-tail by non-covalent forces in the native protein. MACPF domain is fused with a putative new Ct-accessory domain exclusive to invertebrates. The tachylectin is a six-bladed β-propeller, similar to animal tectonins. We experimentally validated the predicted functions of both subunits and demonstrated for the first time that PV2s are true pore-forming toxins. The tachylectin “B” delivery subunit would bind to target membranes, and then the MACPF “A” toxic subunit would disrupt lipid bilayers forming large pores altering the plasma membrane conductance. These results indicate that PV2s toxicity evolved by linking two immune proteins where their combined preexisting functions gave rise to a new toxic entity with a novel role in defense against predation. This structure is an unparalleled example of protein exaptation.Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La PlataInstituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológico