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Caulobacter crescentus é uma bactéria Gram-negativa de vida livre cujo ciclo celular depende de eventos de diferenciação celular. A célula pré-divisional assimétrica dá origem a duas células filhas morfológica e funcionalmente distintas: a célula-talo e a célula móvel. A expressão do operon groESL é regulada por choque térmico e durante o ciclo celular a temperaturas normais, sendo a transcrição máxima na célula pré-divisional, com níveis baixos na célula-talo. Numa linhagem superexpressando σ32, os níveis do mRNA e da proteína GroEL estão aumentados, indicando que a transcrição ocorre a partir de um promotor ativado por σ32. A região regulatória também apresenta uma sequência repetida invertida, CIRCE, em que mutações de ponto aumentam a transcrição apenas a temperaturas normais de crescimento, indicando o papel inibitório desse elemento. Fusões de transcrição groESL-/acZ com mutações em CIRCE deixam de apresentar regulação temporal, bem como a síntese de GroEL numa linhagem hrcA-, em que o gene codificando o provável repressor que se liga em CIRCE está interrompido. Estes resultados indicam que o sistem CIRCE/HrcA está envolvido com a regulação da expressão de groESL durante o ciclo celular. Tentativas de se construir uma linhagem com groEL interrompido não tiveram sucesso, indicando ser este um gene essencial em todas as temperaturas. Um mutante condicional de groESL foi construído por recombinação homóloga e, em condições restritivas, o crescimento é inibido, os níveis de DnaK aumentam e as células se tomam filamentosas, porém não foi observada lise celular. As proteínas essenciais que são dependentes de GroEL/GroES para atingirem sua conformação funcional ainda não foram determinadas. / Caulobacter crescentus is an aquatic free-living Gram-negative bacterium whose cell cycle depends on cell differentiation. The asymmetrical predivisional cell gives rise to two morphologically and functionally different daughter cells: the swarmer cell an the stalked cell. The expression of the groESL operon is induced by heat shock and is cell cycle controlled at normal temperatures, with maximal transcription in the predivisional cell and very low levels in the stalked cell. In this work, it was demonstrated that, in a strain overexpressing σ32, the levels of groESL transcripts and the synthesis of GroEL are increased, confirming that this factor is responsible for the transcriptional activation of the σ32 -like promoter of this operon, that also presents a inverted repeat called CIRCE in its regulatory region. groESL-lacZ transcription fusions with point mutations in CIRCE indicated a negative role of this cis-acting element only at normal growth temperatures, with a minor effect on heat shock induction. In addition, the expression of these fusions are no longer cell-cycle regulated, as well as GroEL synthesis in a strain which does not have the HrcA protein, the putative repressor that binds CIRCE, indicating that the CIRCE-HrcA system are involved in cell cycle regulation of groESL in C. crescentus. It was also shown that groEL is an essential gene at normal growth temperatures, since a strain with groEL disrupted is not viable. A conditional mutant was obtained by homologous recombination and in restrictive conditions growth is inhibited, DnaK levels are increased and the cells become filamentous, but no celllysis was observed. The proteins that require GroEL/GroES for proper folding have not been identified yet.

Caulobacter crescentus é uma bactéria Gram-negativa de vida livre cujo ciclo celular depende de eventos de diferenciação celular. A célula pré-divisional assimétrica dá origem a duas células filhas morfológica e funcionalmente distintas: a célula-talo e a célula móvel. A expressão do operon groESL é regulada por choque térmico e durante o ciclo celular a temperaturas normais, sendo a transcrição máxima na célula pré-divisional, com níveis baixos na célula-talo. Numa linhagem superexpressando σ32, os níveis do mRNA e da proteína GroEL estão aumentados, indicando que a transcrição ocorre a partir de um promotor ativado por σ32. A região regulatória também apresenta uma sequência repetida invertida, CIRCE, em que mutações de ponto aumentam a transcrição apenas a temperaturas normais de crescimento, indicando o papel inibitório desse elemento. Fusões de transcrição groESL-/acZ com mutações em CIRCE deixam de apresentar regulação temporal, bem como a síntese de GroEL numa linhagem hrcA-, em que o gene codificando o provável repressor que se liga em CIRCE está interrompido. Estes resultados indicam que o sistem CIRCE/HrcA está envolvido com a regulação da expressão de groESL durante o ciclo celular. Tentativas de se construir uma linhagem com groEL interrompido não tiveram sucesso, indicando ser este um gene essencial em todas as temperaturas. Um mutante condicional de groESL foi construído por recombinação homóloga e, em condições restritivas, o crescimento é inibido, os níveis de DnaK aumentam e as células se tomam filamentosas, porém não foi observada lise celular. As proteínas essenciais que são dependentes de GroEL/GroES para atingirem sua conformação funcional ainda não foram determinadas. / Caulobacter crescentus is an aquatic free-living Gram-negative bacterium whose cell cycle depends on cell differentiation. The asymmetrical predivisional cell gives rise to two morphologically and functionally different daughter cells: the swarmer cell an the stalked cell. The expression of the groESL operon is induced by heat shock and is cell cycle controlled at normal temperatures, with maximal transcription in the predivisional cell and very low levels in the stalked cell. In this work, it was demonstrated that, in a strain overexpressing σ32, the levels of groESL transcripts and the synthesis of GroEL are increased, confirming that this factor is responsible for the transcriptional activation of the σ32 -like promoter of this operon, that also presents a inverted repeat called CIRCE in its regulatory region. groESL-lacZ transcription fusions with point mutations in CIRCE indicated a negative role of this cis-acting element only at normal growth temperatures, with a minor effect on heat shock induction. In addition, the expression of these fusions are no longer cell-cycle regulated, as well as GroEL synthesis in a strain which does not have the HrcA protein, the putative repressor that binds CIRCE, indicating that the CIRCE-HrcA system are involved in cell cycle regulation of groESL in C. crescentus. It was also shown that groEL is an essential gene at normal growth temperatures, since a strain with groEL disrupted is not viable. A conditional mutant was obtained by homologous recombination and in restrictive conditions growth is inhibited, DnaK levels are increased and the cells become filamentous, but no celllysis was observed. The proteins that require GroEL/GroES for proper folding have not been identified yet.

We recently reported results from a high-throughput screening effort that identified 235 inhibitors of the Escherichia coli GroEL/ES chaperonin system [Bioorg. Med. Chem. Lett. 2014, 24, 786]. As the GroEL/ES chaperonin system is essential for growth under all conditions, we reasoned that targeting GroEL/ES with small molecule inhibitors could be a viable antibacterial strategy. Extending from our initial screen, we report here the antibacterial activities of 22 GroEL/ES inhibitors against a panel of Gram-positive and Gram-negative bacteria, including E. coli, Bacillus subtilis, Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa, and Enterobacter cloacae. GroEL/ES inhibitors were more effective at blocking the proliferation of Gram-positive bacteria, in particular S. aureus, where lead compounds exhibited antibiotic effects from the low-lM to mid-nM range. While several compounds inhibited the human HSP60/10 refolding cycle, some were able to selectively target the bacterial GroEL/ES system. Despite inhibiting HSP60/10, many compounds exhibited low to no cytotoxicity against human liver and kidney cell lines. Two lead candidates emerged from the panel, compounds 8 and 18, that exhibit >50-fold selectivity for inhibiting S. aureus growth compared to liver or kidney cell cytotoxicity. Compounds 8 and 18 inhibited drug-sensitive and methicillin-resistant S. aureus strains with potencies comparable to vancomycin, daptomycin, and streptomycin, and are promising candidates to explore for validating the GroEL/ES chaperonin system as a viable antibiotic target.

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