Bactérias podem formar comunidades bacterianas sésseis, conhecidas como biofilmes, os quais possuem um grande impacto tanto na indústria, por serem responsáveis pelo entupimento e corrosão de tubulações, quanto na saúde, por serem resistentes ao tratamento com antibióticos. Nos últimos anos, o mensageiro secundário c-di-GMP foi descoberto como um importante regulador nas vias de sinalização envolvidas na capacidade da bactéria alternar entre esses dois fenótipos: livre nadante ou em biofilme. Um dos alvos moleculares de c-di-GMP é FleQ, uma Enhancer binding protein bacteriana (bEBP), que regula a expressão dos genes flagelares de forma dependente do fator σ54, em um processo dependente de ATP. FleQ também atua no controle da transcrição dos genes envolvidos na síntese do exopolissacarídeo PEL, principal constituinte da matriz protetora que reveste o biofilme bacteriano em Pseudomonas aeruginosa, possivelmente em um processo dependente do fator σ70. A atividade de FleQ é regulada pelos níveis de c-di-GMP e por uma segunda proteína, FleN, que se liga diretamente à FleQ. Apesar do papel do complexo FleQ:FleN na regulação do operon pel ter sido estudado, seu efeito na transcrição dos genes flagelares ainda é desconhecido. Para um melhor entendimento do mecanismo regulatório de FleQ, foram resolvidas as estruturas cristalográficas do domínio REC e do domínio AAA+ em seu estado apo e em complexo com ADP, ATPγS e c-di-GMP. Também foi identificado e confirmado o sítio ativo da proteína, as diferentes formas oligoméricas de FleQ, além da proposição de como a atividade da proteína é controlada por FleN. Esses resultados sugerem um mecanismo único na transcrição mediada por uma bEBP não convencional que atua tanto com o fator σ54 e σ70, no qual a oligomerização do complexo FleQ:FleN possui um papel essencial na regulação dos genes flagelares e de formação do biofilme. Estes estudos também levam à hipótese que outras bEBPs, associadas a diferentes fenótipos, podem ser reguladas por c-di-GMP. / Bacteria can form sessile communities known as biofilm, which has a major industrial impact, causing tubing obstruction and corrosion, and in the health, due to its resistance against antibiotic treatment. In recent years, a novel secondary messenger molecule named c-di-GMP has been discovered as a key regulator in signaling pathways related to the bacteria capacity to alternate between two distinct phenotypes: free-swimming cells and biofilm community. One of the molecular targets of c-di-GMP so far identified is FleQ, a bacterial enhancer binding protein (bEBP), which regulates flagellar gene expression in a σ54 dependent mechanism. FleQ acts also controlling transcription of genes involved in PEL exopolysaccharide synthesis, main component of the protective matrix, possibly in a σ70 dependent process. FleQ activity is regulated by a second protein, FleN, which directly interacts with FleQ. Although the role of FleQ:FleN complex in regulating pel operon has been studied, its effect in flagellar gene transcription has not. For a better understanding of FleQ regulatory mechanism, we obtained the crystallographic structure of the REC domain and the AAA+ domain in its apo state and bound to ADP, ATPγS and c-di-GMP. It has also been identified and confirmed c-di-GMP binding site, the distinct oligomers of FleQ, and also proposed a mechanism by which FleN regulates FleQ. These results suggest an unique mechanism in the transcription mediated by an unusual bEBP that acts in conjunction with both σ54 and σ70 factors, in which oligomerization of FleQ:FleN complex has a crucial role in the regulation of flagellar and biofilm formation genes. These studies also lead to the hypothesis that others bEBP, related to distinct phenotypes, may be regulated by c-di-GMP.

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Nos últimos anos, um estilo de vida celular vem ganhando destaque no mundo científico: o biofilme. O biofilme é uma comunidade celular em que as células permanecem aderidas a um substrato e envoltas em uma matriz de biopolímeros. Bactérias no estado de biofilme possuem algumas características alteradas, como o aumento da resistência a antibióticos e a facilidade de troca de genes de resistência, sendo um grande inconveniente na área médica e industrial. O patógeno humano Pseudomonas aeruginosa é uma bactéria gram-negativa causadora de infecções associadas a pacientes que apresentam o sistema imune debilitado, sendo muito comum em casos de fibrose cística. Além disso, P. aeruginosa é um organismo modelo no estudo de formação de biofilme, podendo produzir três tipos distintos de exopolissacarídeos: alginato, PSL e PEL. Devido ao pouco conhecimento do polissacarídeo PEL, a cepa P. aeruginosa PA14 vem sendo amplamente estudada, uma vez que essa é a única cepa em que PEL é o principal polímero responsável pela estabilidade da matriz de polissacarídeos. No processo de produção e exportação de PEL, sete proteínas são necessárias: Pel(A-G). Segundo predições computacionais e comparações com outros tipos de complexos biossintéticos de exopolissacarídeos, um modelo de arranjo molecular das proteínas Pel foi proposto, embora algumas proteínas não possuam uma função bem determinada no processo de síntese de PEL. Nesse contexto, o trabalho buscou estudar as proteínas envolvidas na formação de PEL para a melhor elucidação do mecanismo de ativação, produção e exportação desse polissacarídeo, com destaque para a enzima glicosiltransferase PelF e a investigação de uma possível interação de PelF com a proteína reguladora de produção do polissacarídeo, PelD, e a transportadora de membrana interna, PelG. Foram realizados diversos testes de interação entre PelF, PelG e construções solúveis de PelD por cromatografia de exclusão molecular, crosslinking e pull-down que não apresentaram interações entre tais construções, indicando que frações de membrana de PelD ou outros parceiros de interação podem ser necessários para a formação do complexo de síntese e exportação de PEL da membrana interna. Adicionalmente, mutantes de PelD sítio-dirigidos foram construídos em P. aeruginosa PA14 e tiveram sua capacidade de formação de biofilme avaliadas para investigação do mecanismo de ativação de PelD. A diminuição da formação de biofilme de mutantes de algumas regiões de PelD como a hélice S (resíduos 158-176), o core hidrofóbico ocupado pela hélice S e resíduos que estabilizam a ligação de c-di-GMP nos levou a propor um mecanismo de ativação desse importante regulador proteico de formação de biofilme em P. aeruginosa nunca descrito anteriormente. / In the last years, a cellular lifestyle has been in the spotlight in the scientific world: the biofilm. Biofilm is a cellular community in which cells are attached to a substrate and surrounded by a biopolymeric matrix. Bacteria in a biofilm lifestyle has some altered characteristics, as a higher antibiotics tolerance and facility in resistance genes exchange, turning them into a big problem in medical and industrial fields. The human pathogen Pseudomonas aeruginosa is a gram-negative bacterium which causes infections associated to patients with an impaired immune system, as frequently found in patients with cystic fibrosis. Moreover, P. aeruginosa is a model organism in biofilm formation studies, producing three distinct types of exopolysaccharides: alginate, PSL and PEL. Since there is few information about PEL polysaccharide, the strain PA14 has been broadly studied because this is the unique strain in which PEL is the main polymer that gives stability of the polysaccharide matrix. In the process of PEL production and exportation, seven proteins are required: Pel(A-G). Computational predictions and comparison with other similar exopolysaccharides biosynthetic complexes led to a model of molecular complex of Pel proteins, though some proteins do not have a clear role in the PEL synthesis process. In this context, the work aimed to study the proteins related to PEL synthesis for a better understanding of the mechanism of production and exportation of this polysaccharide, focusing on the glycosyltransferase PelF and the investigation of its possible interaction with PelD, the regulatory protein of the polysaccharide production, and PelG, the putative inner membrane transporter. Several interaction assays were performed with PelF, PelG and soluble constructs of PelD using size exclusion chromatography, crosslinking and pull-down. No interaction was detected, showing that membrane fractions of PelD or other interaction partners can be required to the inner membrane complex of synthesis and export of PEL. Additionally, site-directed mutants of PelD in P. aeruginosa PA14 were constructed to evaluate their biofilm formation ability and investigate PelD activation mechanism. Mutants in regions as S-helix (residues 158-176), hydrophobic core occupied by the S-helix and residues of c-di-GMP stabilization presented a decrease of biofilm formation compared to the wild type strain. Those results allowed us to propose an activation mechanism of this important regulator of biofilm formation in P. aeruginosa never described before.

Texte remanié de: Tesi di laurea--Storia dell'arte--Firenze--Università, [1995?]. / Bibliogr. p. 183-195. Index.

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Bactérias podem formar comunidades bacterianas sésseis, conhecidas como biofilmes, os quais possuem um grande impacto tanto na indústria, por serem responsáveis pelo entupimento e corrosão de tubulações, quanto na saúde, por serem resistentes ao tratamento com antibióticos. Nos últimos anos, o mensageiro secundário c-di-GMP foi descoberto como um importante regulador nas vias de sinalização envolvidas na capacidade da bactéria alternar entre esses dois fenótipos: livre nadante ou em biofilme. Um dos alvos moleculares de c-di-GMP é FleQ, uma Enhancer binding protein bacteriana (bEBP), que regula a expressão dos genes flagelares de forma dependente do fator σ54, em um processo dependente de ATP. FleQ também atua no controle da transcrição dos genes envolvidos na síntese do exopolissacarídeo PEL, principal constituinte da matriz protetora que reveste o biofilme bacteriano em Pseudomonas aeruginosa, possivelmente em um processo dependente do fator σ70. A atividade de FleQ é regulada pelos níveis de c-di-GMP e por uma segunda proteína, FleN, que se liga diretamente à FleQ. Apesar do papel do complexo FleQ:FleN na regulação do operon pel ter sido estudado, seu efeito na transcrição dos genes flagelares ainda é desconhecido. Para um melhor entendimento do mecanismo regulatório de FleQ, foram resolvidas as estruturas cristalográficas do domínio REC e do domínio AAA+ em seu estado apo e em complexo com ADP, ATPγS e c-di-GMP. Também foi identificado e confirmado o sítio ativo da proteína, as diferentes formas oligoméricas de FleQ, além da proposição de como a atividade da proteína é controlada por FleN. Esses resultados sugerem um mecanismo único na transcrição mediada por uma bEBP não convencional que atua tanto com o fator σ54 e σ70, no qual a oligomerização do complexo FleQ:FleN possui um papel essencial na regulação dos genes flagelares e de formação do biofilme. Estes estudos também levam à hipótese que outras bEBPs, associadas a diferentes fenótipos, podem ser reguladas por c-di-GMP. / Bacteria can form sessile communities known as biofilm, which has a major industrial impact, causing tubing obstruction and corrosion, and in the health, due to its resistance against antibiotic treatment. In recent years, a novel secondary messenger molecule named c-di-GMP has been discovered as a key regulator in signaling pathways related to the bacteria capacity to alternate between two distinct phenotypes: free-swimming cells and biofilm community. One of the molecular targets of c-di-GMP so far identified is FleQ, a bacterial enhancer binding protein (bEBP), which regulates flagellar gene expression in a σ54 dependent mechanism. FleQ acts also controlling transcription of genes involved in PEL exopolysaccharide synthesis, main component of the protective matrix, possibly in a σ70 dependent process. FleQ activity is regulated by a second protein, FleN, which directly interacts with FleQ. Although the role of FleQ:FleN complex in regulating pel operon has been studied, its effect in flagellar gene transcription has not. For a better understanding of FleQ regulatory mechanism, we obtained the crystallographic structure of the REC domain and the AAA+ domain in its apo state and bound to ADP, ATPγS and c-di-GMP. It has also been identified and confirmed c-di-GMP binding site, the distinct oligomers of FleQ, and also proposed a mechanism by which FleN regulates FleQ. These results suggest an unique mechanism in the transcription mediated by an unusual bEBP that acts in conjunction with both σ54 and σ70 factors, in which oligomerization of FleQ:FleN complex has a crucial role in the regulation of flagellar and biofilm formation genes. These studies also lead to the hypothesis that others bEBP, related to distinct phenotypes, may be regulated by c-di-GMP.

Nos últimos anos, um estilo de vida celular vem ganhando destaque no mundo científico: o biofilme. O biofilme é uma comunidade celular em que as células permanecem aderidas a um substrato e envoltas em uma matriz de biopolímeros. Bactérias no estado de biofilme possuem algumas características alteradas, como o aumento da resistência a antibióticos e a facilidade de troca de genes de resistência, sendo um grande inconveniente na área médica e industrial. O patógeno humano Pseudomonas aeruginosa é uma bactéria gram-negativa causadora de infecções associadas a pacientes que apresentam o sistema imune debilitado, sendo muito comum em casos de fibrose cística. Além disso, P. aeruginosa é um organismo modelo no estudo de formação de biofilme, podendo produzir três tipos distintos de exopolissacarídeos: alginato, PSL e PEL. Devido ao pouco conhecimento do polissacarídeo PEL, a cepa P. aeruginosa PA14 vem sendo amplamente estudada, uma vez que essa é a única cepa em que PEL é o principal polímero responsável pela estabilidade da matriz de polissacarídeos. No processo de produção e exportação de PEL, sete proteínas são necessárias: Pel(A-G). Segundo predições computacionais e comparações com outros tipos de complexos biossintéticos de exopolissacarídeos, um modelo de arranjo molecular das proteínas Pel foi proposto, embora algumas proteínas não possuam uma função bem determinada no processo de síntese de PEL. Nesse contexto, o trabalho buscou estudar as proteínas envolvidas na formação de PEL para a melhor elucidação do mecanismo de ativação, produção e exportação desse polissacarídeo, com destaque para a enzima glicosiltransferase PelF e a investigação de uma possível interação de PelF com a proteína reguladora de produção do polissacarídeo, PelD, e a transportadora de membrana interna, PelG. Foram realizados diversos testes de interação entre PelF, PelG e construções solúveis de PelD por cromatografia de exclusão molecular, crosslinking e pull-down que não apresentaram interações entre tais construções, indicando que frações de membrana de PelD ou outros parceiros de interação podem ser necessários para a formação do complexo de síntese e exportação de PEL da membrana interna. Adicionalmente, mutantes de PelD sítio-dirigidos foram construídos em P. aeruginosa PA14 e tiveram sua capacidade de formação de biofilme avaliadas para investigação do mecanismo de ativação de PelD. A diminuição da formação de biofilme de mutantes de algumas regiões de PelD como a hélice S (resíduos 158-176), o core hidrofóbico ocupado pela hélice S e resíduos que estabilizam a ligação de c-di-GMP nos levou a propor um mecanismo de ativação desse importante regulador proteico de formação de biofilme em P. aeruginosa nunca descrito anteriormente. / In the last years, a cellular lifestyle has been in the spotlight in the scientific world: the biofilm. Biofilm is a cellular community in which cells are attached to a substrate and surrounded by a biopolymeric matrix. Bacteria in a biofilm lifestyle has some altered characteristics, as a higher antibiotics tolerance and facility in resistance genes exchange, turning them into a big problem in medical and industrial fields. The human pathogen Pseudomonas aeruginosa is a gram-negative bacterium which causes infections associated to patients with an impaired immune system, as frequently found in patients with cystic fibrosis. Moreover, P. aeruginosa is a model organism in biofilm formation studies, producing three distinct types of exopolysaccharides: alginate, PSL and PEL. Since there is few information about PEL polysaccharide, the strain PA14 has been broadly studied because this is the unique strain in which PEL is the main polymer that gives stability of the polysaccharide matrix. In the process of PEL production and exportation, seven proteins are required: Pel(A-G). Computational predictions and comparison with other similar exopolysaccharides biosynthetic complexes led to a model of molecular complex of Pel proteins, though some proteins do not have a clear role in the PEL synthesis process. In this context, the work aimed to study the proteins related to PEL synthesis for a better understanding of the mechanism of production and exportation of this polysaccharide, focusing on the glycosyltransferase PelF and the investigation of its possible interaction with PelD, the regulatory protein of the polysaccharide production, and PelG, the putative inner membrane transporter. Several interaction assays were performed with PelF, PelG and soluble constructs of PelD using size exclusion chromatography, crosslinking and pull-down. No interaction was detected, showing that membrane fractions of PelD or other interaction partners can be required to the inner membrane complex of synthesis and export of PEL. Additionally, site-directed mutants of PelD in P. aeruginosa PA14 were constructed to evaluate their biofilm formation ability and investigate PelD activation mechanism. Mutants in regions as S-helix (residues 158-176), hydrophobic core occupied by the S-helix and residues of c-di-GMP stabilization presented a decrease of biofilm formation compared to the wild type strain. Those results allowed us to propose an activation mechanism of this important regulator of biofilm formation in P. aeruginosa never described before.