The allosteric control mechanisms of alpha-glucan biosynthesis in bacteria

Abstract

170 p.Tha ¿-glucans, polysaccharides made of repetitive units of glucose, play a role as energy storage, as withintracellular glycogen, or as structural components, as with the capsular ¿-glucans surrounding thepathogenic Mycobacterium tuberculosis. Bacterial glycogen provides survival advantage duringstarvation periods whereas the mycobacterial capsule is critical in mediating host-pathogen interactions.The tetrameric enzyme ADP-glucose pyrophosphorylase (AGPase) catalyzes and controls: I) the initialstep of glycogen biosynthesis and II) the synthesis of ADP-Glucose as precursor for the capsular ¿-glucanbiosynthesis. In this work we disclose the cryoEM structures of the paradigmatic AGPase fromEscherichia coli and Mycobacterium tuberculosis. The former, solved in the presence of the main positiveand negative allosteric regulators, reveal distinct physiological conformational states that have differentavailability for ATP. Biochemical and microbiological evidence that support the latter show that singlepoint-mutants in the catalytic and putative allosteric sites were unable to produce neither the product ofreaction nor glycogen and the capsular -glucans. Los ¿-glucanos, polisacáridos formados por unidades repetitivas de glucosa, desempeñan un papel comoalmacenamiento de energía, como ocurre con el glucógeno intracelular, o como componentesestructurales, como ocurre con los ¿-glucanos capsulares que rodean la bacteria patógena M. tuberculosis(Mtb). El glucógeno bacteriano proporciona una ventaja para la supervivencia durante los periodos de inanición, mientras que la cápsula de la micobacteria es fundamental en las interacciones huésped-patógeno. La enzima ADP-glucosa pirofosforilasa (AGPasa) cataliza y controla: I) el paso inicial de la biosíntesis de glucógeno y II) la síntesis de ADP-glucosa, precursor de la biosíntesis del ¿-glucanocapsular. En este trabajo presentamos las estructuras crioEM de la AGPasa de E. coli y M. tuberculosis.Las primeras, resueltas en presencia de los principales reguladores alostéricos, revelan estados conformacionales fisiológicos y distintos que presentan diferente accesibilidad por ATP. Las pruebas bioquímicas y microbiológicas que respaldan la estructura de la MtbAGPasa muestran que algunos mutantes del sitio catalítico y del posible sitio alostérico no son capaces de producir ni el producto de lareacción, ni el glucógeno, ni los ¿-glucanos capsulare