Las lisinas , también conocidas como endolisinas o mureína hidrolasas , son enzimas hidrolíticas producidas por bacteriófagos para escindir la pared celular del huésped durante la etapa final del ciclo lítico . Las lisinas son enzimas altamente evolucionadas que pueden apuntar a uno de los cinco enlaces en el peptidoglicano (mureína), el componente principal de las paredes celulares bacterianas, que permite la liberación de viriones descendientes de la célula lisada. Las arqueas que contienen la pared celular también se lisan mediante lisinas especializadas que segregan pseudomureína , [2]mientras que la mayoría de los virus de arqueas emplean mecanismos alternativos. [3] De manera similar, no todos los bacteriófagos sintetizan lisinas: algunos fagos pequeños de ADN y ARN monocatenarios producen proteínas de membrana que activan los mecanismos autolíticos del huésped , como las autolisinas . [4]
Lisina de fago similar a la lisozima | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.2.1.17 | |||||||
No CAS. | 9001-63-2 | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
Ontología de genes | AmiGO / QuickGO | |||||||
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Las lisinas se utilizan como agentes antibacterianos debido a su alta eficacia y especificidad en comparación con los antibióticos , que son susceptibles a la resistencia bacteriana. [5]
Estructura
Las lisinas de fagos de ADN de doble hebra tienden a encontrarse dentro del intervalo de 25 a 40 k Da en términos de tamaño. Una excepción notable es la endolisina estreptocócica PlyC, que es de 114 kDa. PlyC no solo es la lisina más grande y potente, sino que también es estructuralmente única, ya que se compone de dos productos génicos diferentes, PlyCA y PlyCB, con una proporción de ocho subunidades de PlyCB para cada PlyCA en su conformación activa. [6]
Todas las demás lisinas son monoméricas y comprenden dos dominios separados por una región de enlace corta. Para las lisinas de bacterias gram positivas, el dominio N-terminal cataliza la hidrólisis del peptidoglicano mientras que el dominio C-terminal se une al sustrato de la pared celular.
Dominio catalítico
El dominio catalítico es responsable de la escisión de los enlaces peptidoglicanos. Funcionalmente, se pueden distinguir cinco tipos de dominio catalítico de lisina:
- Endo-β-N-acetilglucosaminidasa ( endoglicosidasa H , EC 3.2.1.96 )
- N-acetilmuramidasa ( similar a lisozima , EC 3.2.1.17 )
- Endopeptidasa
- N-acetilmuramoil-L-alanina amidasa (similar a T7, EC 3.5.1.28 )
- Endopeptidasa de γ-D-glutaminil-L-lisina ( EC 3.4.14.13 )
El peptidoglicano consta de aminoácidos y azúcares reticulados que forman aminoazúcares alternos: N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetilmurámico (NAM). Las lisinas de endo-β-N-acetilglucosaminidasa escinden las NAG, mientras que las lisinas de N-acetilmuramidasa (lisinas similares a las lisozimas) escinden las NAM. Las lisinas de endopeptidasa escinden cualquiera de los enlaces peptídicos entre los aminoácidos, mientras que las lisinas de N-acetilmuramoil-1-alanina amidasa (o simplemente lisinas de amidasa) hidrolizan el enlace amida entre el azúcar y los restos de aminoácidos. Finalmente, las lisinas de endopeptidasa de γ-d-glutaminil-l-lisina recientemente descubiertas rompen el enlace gamma entre los residuos de D-glutamina y L-lisina. Como es el caso de las autolisinas , la confusión inicial en torno a la especificidad de escisión de estas enzimas individuales ha dado lugar a algunas atribuciones erróneas del nombre "lisozima" a proteínas sin esta actividad. [7]
Normalmente, dos o más dominios catalíticos diferentes están unidos a un único dominio de unión a células. Esto es típico en muchas lisinas estafilocócicas, así como en la holoenzima estreptocócica PlyC, que contiene dos dominios catalíticos. [6] [8] Los dominios catalíticos están altamente conservados en lisinas de fagos de la misma clase. [5]
Dominio de unión a células
El dominio de unión a células (CBD) se une a un sustrato específico que se encuentra en la pared celular de la bacteria huésped, generalmente un carbohidrato. A diferencia del dominio catalítico, el dominio de unión a células es variable, lo que permite una gran especificidad y disminuye la resistencia bacteriana. [9] La afinidad de unión al sustrato de la pared celular tiende a ser alta, posiblemente para secuestrar en los fragmentos de la pared celular cualquier enzima libre, que podría competir con la progenie del fago al infectar bacterias hospedadoras adyacentes. [10]
Evolución
Se ha propuesto que el principal mecanismo de evolución en las lisinas de fagos es el intercambio de unidades modulares, un proceso mediante el cual diferentes dominios catalíticos y de unión a células se han intercambiado entre lisinas, lo que habría resultado en nuevas combinaciones de unión bacteriana y catalítica. especificidades. [11]
Modo de acción
El dominio catalítico de lisina digiere el peptidoglicano localmente a un ritmo elevado, lo que provoca agujeros en la pared celular. Dado que la pared celular de peptidoglicano reticulado es el único mecanismo que evita la explosión espontánea de células bacterianas debido a la alta presión interna (3 a 5 atmósferas), la digestión enzimática por lisinas provoca de forma irreversible la lisis hipotónica. Teóricamente, debido a las propiedades catalíticas de las lisinas de fagos, una sola enzima sería suficiente para matar la bacteria huésped al escindir el número necesario de enlaces, aunque esto aún no se ha demostrado. [5] El trabajo de Loessner et al sugiere que la escisión se logra típicamente mediante la acción conjunta de múltiples moléculas de lisina en una región local de la pared celular del huésped. [10] La alta afinidad de unión al sustrato de la pared celular (cercana a la de la IgG por su sustrato) de cada lisina parece ser la razón por la que se requieren múltiples moléculas, ya que cada lisina se une tan fuertemente a la pared celular que no puede romper suficientes enlaces para causar lisis por sí mismo. [10]
Para alcanzar la pared celular, las lisinas del fago deben atravesar la membrana celular. Sin embargo, generalmente carecen de un péptido señal que les permita hacerlo. Para resolver este problema, los virus de fagos sintetizan otra proteína llamada holina que se une a la membrana celular y hace agujeros en ella (de ahí su nombre), lo que permite que las lisinas lleguen a la matriz de peptidoglicano. La holina prototípica es la proteína lambda fago S, que ayuda a la proteína lambda fago R (lisina). Todas las holinas se incrustan en la membrana celular y contienen al menos dos dominios helicoidales transmembrana. Se cree que el proceso de formación de agujeros se logra mediante la oligomerización de holina en un momento específico en el que los viriones de la progenie están listos para ser liberados. [4] [12]
Eficacia
Las lisinas de fagos son generalmente especies o subespecies específicas, lo que significa que solo son efectivas contra las bacterias a partir de las cuales se produjeron. Si bien algunas lisinas solo actúan sobre las paredes celulares de varios filotipos bacterianos, se han encontrado algunas lisinas de amplio espectro. [13] De manera similar, se conocen algunas lisinas termoestables, lo que las hace más fáciles de usar en biotecnología. [14] Con respecto a su uso como agentes antibacterianos, se ha encontrado que las lisinas son efectivas principalmente contra bacterias Gram-positivas , ya que las bacterias Gram-negativas poseen una membrana externa que evita que las moléculas de lisina extracelulares digieran el peptidoglicano. [5] Sin embargo, las lisinas con actividad contra bacterias Gram negativas, como OBPgp279 , han despertado interés como posibles terapias. [15]
Respuesta inmune
Uno de los aspectos más problemáticos del uso de lisinas de fagos como agentes antimicrobianos es la inmunogenicidad potencial de estas enzimas. A diferencia de la mayoría de los antibióticos, las proteínas son propensas al reconocimiento y la unión de anticuerpos, lo que significa que las lisinas podrían ser ineficaces en el tratamiento de infecciones bacterianas o incluso peligrosas, lo que podría provocar una respuesta inmune sistémica o una tormenta de citocinas . No obstante, los datos experimentales del suero de conejo inmunológicamente rico mostraron que el suero hiperinmune ralentiza pero no bloquea la actividad de la lisina neumocócica Cpl-1. [dieciséis]
Uso de antimicrobianos
Las lisinas de fagos se han probado con éxito en modelos animales para controlar las bacterias patógenas resistentes a los antibióticos que se encuentran en las membranas mucosas y en la sangre. La principal ventaja de las lisinas en comparación con los antibióticos es no solo la baja resistencia bacteriana, sino también la alta especificidad hacia el patógeno diana y la baja actividad hacia la flora bacteriana normal del huésped . [5]
Las lisinas se utilizaron por primera vez de forma terapéutica en animales en 2001, en una publicación en la que los ratones colonizados por vía oral con Streptococcus pyogenes se descolonizaron con una dosis única de lisina PlyC administrada por vía oral. [17]
Ver también
- Terapia de fagos
- Enzybiotics
- Lisozima
- OBPgp279
- Lisibody
Referencias
- ^ Pérez-Dorado I, Campillo NE, Monterroso B, Hesek D, Lee M, Páez JA, García P, Martínez-Ripoll M, García JL, Mobashery S, Menéndez M, Hermoso JA (agosto de 2007). "Elucidación del reconocimiento molecular de la pared celular bacteriana por modular neumocócica fago endolisina CPL-1" . J. Biol. Chem . 282 (34): 24990–9. doi : 10.1074 / jbc.M704317200 . PMID 17581815 .
- ^ Visweswaran GR, Dijkstra BW, Kok J (noviembre de 2010). "Dos endoisopeptidasas de pseudomureína de arqueas principales: PeiW y PeiP" . Archaea . 2010 : 480492. doi : 10.1155 / 2010/480492 . PMC 2989375 . PMID 21113291 .
- ^ Quemin ER, Quax TE (5 de junio de 2015). "Virus de Archaeal en la envoltura celular: entrada y salida" . Fronteras en microbiología . 6 : 552. doi : 10.3389 / fmicb.2015.00552 . PMC 4456609 . PMID 26097469 .
- ^ a b Young R (septiembre de 1992). "Lisis de bacteriófagos: mecanismo y regulación" . Revisiones microbiológicas . 56 (3): 430–81. PMC 372879 . PMID 1406491 .
- ^ a b c d e Fischetti VA (octubre de 2008). "Lisinas de bacteriófagos como eficaces antibacterianos" . Opinión actual en microbiología . 11 (5): 393–400. doi : 10.1016 / j.mib.2008.09.012 . PMC 2597892 . PMID 18824123 .
- ^ a b McGowan S, Buckle AM, Mitchell MS, Hoopes JT, Gallagher DT, Heselpoth RD, Shen Y, Reboul CF, Law RH, Fischetti VA, Whisstock JC, Nelson DC (julio de 2012). "Estructura cristalina de rayos X de la lisina PlyC del fago específico de estreptococos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 109 (31): 12752–7. Código Bibliográfico : 2012PNAS..10912752M . doi : 10.1073 / pnas.1208424109 . PMC 3412044 . PMID 22807482 .
- ^ Baker JR, Liu C, Dong S, Pritchard DG (octubre de 2006). "Actividades endopeptidasa y glicosidasa de la lisina del bacteriófago B30" . Microbiología aplicada y ambiental . 72 (10): 6825–8. doi : 10.1128 / AEM.00829-06 . PMC 1610294 . PMID 17021237 .
- ^ García E, García JL, García P, Arrarás A, Sánchez-Puelles JM, López R (febrero de 1988). "Evolución molecular de enzimas líticas de Streptococcus pneumoniae y sus bacteriófagos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 85 (3): 914–8. Código bibliográfico : 1988PNAS ... 85..914G . doi : 10.1073 / pnas.85.3.914 . JSTOR 31364 . PMC 279667 . PMID 3422470 .
- ^ a b c Loessner MJ, Kramer K, Ebel F, Scherer S (abril de 2002). "Los dominios C-terminales de las hidrolasas del bacteriófago mureína de Listeria monocytogenes determinan el reconocimiento específico y la unión de alta afinidad a los carbohidratos de la pared celular bacteriana" . Microbiología molecular . 44 (2): 335–49. doi : 10.1046 / j.1365-2958.2002.02889.x . PMID 11972774 .
- ^ García P, García JL, García E, Sánchez-Puelles JM, López R (enero de 1990). "Organización modular de las enzimas líticas de Streptococcus pneumoniae y sus bacteriófagos". Gene . 86 (1): 81–8. doi : 10.1016 / 0378-1119 (90) 90116-9 . PMID 2311937 .
- ^ Wang IN, Smith DL, Young R (2000). "Holinas: los relojes proteicos de las infecciones por bacteriófagos". Revisión anual de microbiología . 54 : 799–825. doi : 10.1146 / annurev.micro.54.1.799 . PMID 11018145 .
- ^ Yoong P, Schuch R, Nelson D, Fischetti VA (julio de 2004). "Identificación de una enzima lítica de fagos ampliamente activa con actividad letal contra Enterococcus faecalis y Enterococcus faecium resistentes a antibióticos" . Revista de bacteriología . 186 (14): 4808-12. doi : 10.1128 / JB.186.14.4808-4812.2004 . PMC 438584 . PMID 15231813 .
- ^ Plotka M, Kaczorowska AK, Stefanska A, Morzywolek A, Fridjonsson OH, Dunin-Horkawicz S, Kozlowski L, Hreggvidsson GO, Kristjansson JK, Dabrowski S, Bujnicki JM, Kaczorowski T (febrero de 2014). "Novela endolisina altamente termoestable del bacteriófago Ph2119 Thermus scotoductus MAT2119 con similitud de secuencia de aminoácidos con proteínas de reconocimiento de peptidoglicano eucariotas" . Microbiología aplicada y ambiental . 80 (3): 886–95. doi : 10.1128 / AEM.03074-13 . PMC 3911187 . PMID 24271162 .
- ^ Briers Y, Walmagh M, Van Puyenbroeck V, Cornelissen A, Cenens W, Aertsen A, et al. (Julio de 2014). "Artilisinas" basadas en endolisina "diseñadas para combatir patógenos gramnegativos resistentes a múltiples fármacos" . mBio . 5 (4): e01379-14. doi : 10.1128 / mBio.01379-14 . PMC 4161244 . PMID 24987094 .
- ^ Loeffler JM, Djurkovic S, Fischetti VA (noviembre de 2003). "Enzima lítica fago Cpl-1 como un nuevo antimicrobiano para la bacteriemia neumocócica" . Infección e inmunidad . 71 (11): 6199-204. doi : 10.1128 / IAI.71.11.6199-6204.2003 . PMC 219578 . PMID 14573637 .
- ^ Nelson D, Loomis L, Fischetti VA (marzo de 2001). "Prevención y eliminación de la colonización de las vías respiratorias superiores de ratones por estreptococos del grupo A mediante el uso de una enzima lítica de bacteriófagos" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 98 (7): 4107–12. Código Bibliográfico : 2001PNAS ... 98.4107N . doi : 10.1073 / pnas.061038398 . PMC 31187 . PMID 11259652 .