Inattivatore DSF RpfB omologo FadD sovraregolato in Bradyrhizobium japonicum in condizioni limitanti il ​​ferro

Aug 29, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8701 (2023) Citare questo articolo

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Batteri fitopatogeni Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) causa il marciume nero e altre malattie delle piante. Xcc rileva il fattore di segnale diffusibile (DSF) come un segnale di rilevamento del quorum (QS) che media principalmente l'assorbimento del ferro e la virulenza. RpfB disattiva DSF in questo circuito DSF-QS. Abbiamo esaminato i profili di espressione genica differenziale di Bradyrhizobium japonicum in condizioni di ferro basso rispetto ad alto e abbiamo scoperto che fadD e irr erano sovraregolati in condizioni di ferro basso (cambiamento di volte log2 0,825 e 1,716, rispettivamente). Oltre ad avere modelli di ripiegamento proteico simili e somiglianze di domini funzionali, FadD condivideva una somiglianza di sequenza del 58% con RpfB di Xcc. I complessi RpfB-DSF e FadD-DSF avevano punteggi di docking molecolare SWISSDock di -8,88 kcal/mol e -9,85 kcal/mol, rispettivamente, e i risultati della simulazione della dinamica molecolare a 100 ns erano in accordo con i risultati del docking. Tuttavia, sono state riscontrate differenze significative tra le energie di legame di FadD-DSF e RpfB-DSF, indicando un possibile turnover DSF dipendente da FadD. La rete di interazione proteina-proteina ha mostrato che FadD si connetteva indirettamente con la permeasi del trasportatore ABC (ABCtp), anch'essa sovraregolata (cambiamento di volte log2 5,485). Ipotizziamo che la condizione di basso contenuto di ferro possa essere uno stimolo ambientale mimetico per la sovraregolazione del fadD in B. japonicum per disattivare il DSF, inibire l'assorbimento del ferro e la virulenza dei vicini produttori di DSF. Questa scoperta fornisce una nuova opzione per utilizzare B. japonicum o un B. japonicum geneticamente migliorato come potenziale agente di biocontrollo contro Xcc, con l’ulteriore vantaggio di proprietà di promozione della crescita delle piante.

Il ferro è l'elemento più onnipresente nella crosta terrestre dopo l'ossigeno, il silicio e l'alluminio. Il ferro solitamente esiste nello stato di ossidazione ferroso (Fe2+) o ferrico (Fe3+)1. Il ferro ferrico ha una solubilità relativamente bassa, sebbene sia la forma predominante nell'ambiente ossigenato della Terra, e questo rappresenta una sfida per i batteri con metabolismo aerobico. A pH basso, il ferro ferroso più solubile è il più abbondante in un ambiente anaerobico o microaerobico2. Il ferro è essenziale per l'attività degli enzimi regolatori e metabolici, motivo per cui è essenziale per la fisiologia batterica. Tuttavia, il ferro può essere tossico per le cellule a causa del suo potenziale di trasporto di elettroni a pH fisiologico. I batteri hanno sviluppato meccanismi per raccogliere attivamente il ferro dall’ambiente quando il ferro scarseggia e per controllare la disponibilità di ferro libero intracellulare quando il ferro è abbondante3. Questa omeostasi del ferro è cruciale sia per la virulenza che per i normali processi cellulari1. Il regolatore dell'assorbimento del ferro (Fur) è un regolatore trascrizionale globale dell'omeostasi del ferro, della virulenza e dello stress ossidativo4. La pelliccia è stata ampiamente studiata nell'Escherichia coli5 ed è stato dimostrato che regola l'espressione ferro-dipendente di oltre 90 geni6. Il pelo funziona come un repressore positivo perché quando interagisce con il ferro (il suo co-repressore) sopprime la trascrizione e quando il ferro è assente deprime la trascrizione6. La pelliccia è una proteina omodimerica legante il DNA che lega uno ione ferroso per subunità. A basse concentrazioni di ferro, l'affinità di legame del DNA di apo-Fur (Fur senza ferro) è circa 1000 volte inferiore a quella di Fur e la sua attività è ridotta, con conseguente assorbimento del ferro, soppressione del piccolo RNA RyhB, diminuzione dell'accumulo di ferro e diminuzione sintesi ferro-proteica6. I siderofori sono molecole chelanti del ferro ferrico extracellulari che vengono sintetizzate dai batteri per l'acquisizione del ferro7. I ceppi batterici che non sono in grado di produrre siderofori spesso utilizzano siderofori prodotti da altri ceppi batterici, il che conferisce loro un vantaggio competitivo nella competizione tra specie o in condizioni di limitazione del ferro8. I batteri hanno altri meccanismi di acquisizione del ferro, compreso l'assorbimento dell'eme e un sistema di trasporto del ferro ferroso2,9. Tuttavia, è stato riscontrato che i ceppi mutanti del pelo non avevano un'adeguata omeostasi del ferro ed è stata rilevata un'elevata concentrazione di ferro intracellulare come risultato di una produzione siderofora costantemente elevata4. Nelle piante ospiti, i ceppi mutanti del pelo avevano una ridotta resistenza allo stress ossidativo e una diminuzione dei tratti di virulenza4,10. Questi risultati evidenziano l’importanza del ferro e del Fur nella patogenicità dei batteri fitopatogeni.