Tinkering a distorted (α/β)7 barell
Authors: Μολφέτας-Λυγκιάρης Αλέξιος 
Published: September 2024

Οι απακετυλάσες πολυσακχαριτών (PDAs) είναι ένζυμα που ανήκουν στην οικογένεια εστερασών υδατανθράκων 4 (CE4). Δρουν σε διάφορους πολυσακχαρίτες, συμπεριλαμβανομένων της χιτίνης, των χιτοζανών, των πεπτιδογλυκανών και των 1,6-GlcNAc πολυσακχαριτών. Τα μέλη της οικογένειας CE4 μοιράζονται ένα μοτίβο NodB και λειτουργούν κυρίως ως υδρολάσες, εξαρτώμενες από μέταλλα, που στοχεύουν την πεπτιδογλυκάνη του κυτταρικού τοιχώματος. Παθογόνα βακτήρια όπως ο Bacillus anthracis έχουν 11 διακριτά παράλογα αυτής της οικογένειας και χρησιμοποιούν την απο-N-ακετυλίωση ως μοριακή παραλλαγή. Η κατανόηση της σχέσης δομής και λειτουργίας σε αυτή την οικογένεια είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του μηχανισμού. Κατά τη διερεύνηση δομών από μέλη αυτής της οικογένειας, παρατηρήθηκε μία ιδιαίτερη υδροξυλίωση που στοχεύει τον α-άνθρακα μίας προλίνης στο ενεργό κέντρο των ενζύμων. Μεταλλάσοντας ένα καταλυτικά ανενεργό παραλογό αυτής της οικογένειας, πίσω σε μία ενεργή κατάσταση, επιχειρήθηκε να διευκρινιστεί περαιτέρω ο μηχανισμός καταλύσεως και η σχέση του με την υδροξυλίωση της προλίνης. Η δομή της Ba3943 και έξι μεταλλαγμάτων της καθορίστηκε μέσω κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ υψηλής ανάλυσης. Η τρισδιάστατη υπέρθεση με έναν ενεργό ομόλογο αποκάλυψε σημαντικές τροποποίησεις στο καταλυτικό κέντρο. Η μετάλλαξη τριών βασικών αμινοξέων αποκατέστησε τόσο τις δραστηριότητες υδροξυλίωσης όσο και απο-N-ακετυλίωσης, επιβεβαιώνοντας περαιτέρω τη σχέση που έχουν αυτές οι δύο διαδικασίες. Πιο συγκεκριμένα, μία καλά διατηρημένη αργινίνη στην περιοχή του ενεργού κέντρου αναδείχθηκε ως προϋπόθεση για την καταλυτική του δράση. Στα παράλογα αυτής της οικογένειας ενζύμων η αργινίνη προερχόταν από ένα διαφορετικό δομικό μοτίβο. Αυτή η αρχική παρατήρηση αποκάλυψε μια εναλλακτική, προηγουμένως μη χαρακτηρισμένη τοπολογία για τον τομέα NodB και έγινε το εύναυσμα για το δεύτερο μέρος αυτής της διατριβής, το οποίο περιλάμβανε μια υπολογιστική ανάλυση σε συνδυασμό με μια ανασκόπηση της υπάρχουσας βιβλιογραφίας για τα μέλη της CE4 και άλλων πρωτεϊνών που έχουν υιοθετήσει τον τομέα NodB. Εκτός από ένα μη δομημένο, ευέλικτο πεπτίδιο μεταβλητού μήκους που προηγείται του NodB, πολλά μέλη της οικογένειας CE4 περιέχουν επιπλέον τομείς των οποίων οι λειτουργίες ή οι συνεισφορές στην εξειδίκευση υποστρώματος δεν έχουν καλά χαρακτηριστεί. Οι ενδείξεις υποδηλώνουν ότι τα μέλη της οικογένειας CE4 που αποτελούνται αποκλειστικά από τον τομέα NodB έχουν αναπτύξει χαρακτηριστικά συνδεδεμένα με μια ποικιλία εξειδικεύσεων υποστρώματος. Για να κατανοήσουμε την ποικιλομορφία των υποστρωμάτων που βασίζονται στον NodB εντός της οικογένειας CE4, διεξάγαμε μια συγκριτική ανάλυση όλων των δομικά χαρακτηρισμένων τομέων NodB μέχρι σήμερα. Η ανάλυσή μας δείχνει ότι οι διαφοροποιήσεις στις αλληλουχίες αμινοξέων, οι διαφορετικές τοπολογικές και οι αποκλίσεις από τη δομική βάση οδηγούν σε διαφορετικές κατηγορίες τομέων NodB, καθεμία συνδεδεμένη με συγκεκριμένες εξειδικεύσεις υποστρωμάτων και λειτουργίες τόσο εντός όσο και πέραν της οικογένειας CE4. Η εργασία μας αποκαλύπτει έναν σύνδεσμο μεταξύ των συγκεκριμένων χαρακτηριστικών του τομέα NodB και της αναγνώρισης υποστρώματος, διευκρινίζοντας τις λεπτομέρειες της αναδίπλωσης και συνδέοντας τις δομικές της παραλλαγές με τη λειτουργία.