Caracterização biofísica e estrutural da toxina esfoliativa E (ETE) selvagem e mutante (Ser219Ala) de Staphylococcus aureus

Abstract

Staphylococcus aureus é uma bactéria comensal e oportunista que pode infectar uma variedade de hospedeiros, incluindo humanos e diferentes espécies de gado, essa bactéria representa um problema de saúde pública mundial e causa enormes prejuízos à pecuária. A toxina E esfoliativa (ETE) é um fator de virulência que facilita a disseminação do patógeno ao induzir o desprendimento generalizado da camada granular da epiderme em ovinos. Interações secundárias ocasionais, ainda desconhecidas neste sistema e incomuns entre serino proteases induzem a hidrólise específica da ligação peptídica entre Glu332-Gly333 da Desmogleína 1 ovina (oDsg1). Uma melhor compreensão do mecanismo de ação das ETs é necessária para desenvolver estratégias de inibição e controle do patógeno. Este trabalho foi realizado com o fim de elucidar os mecanismos e modos de ação em nível atômico, nas interações com o substrato Dsg1. Para isso, a proteína nativa (ETEwt) e mutante (ETEmut-Ser219Ala) foram expressas em E. coli BL21 (DE3) -T1R. Posteriormente, foram purificadas por gel filtração (SEC) em coluna Superdex® 75 10/300 GL em tampão 20 mM MES com variação de pH. As proteínas foram analisadas por dicroísmo circular (CD), espalhamento dinâmico de luz (DLS), SEC acoplada a espalhamento de luz multiângulo (SEC-MALS) e calorimetria de varredura diferencial (DSC). A estrutura secundária mostrou que ambas as proteínas têm predominância de formação de random coil e o tamanho de partícula para as duas proteínas foi de 2,093 ± 0,3 (r.nm). Experimentos de desenovelamento térmico utilizando CD e DSC permitiram estabelecer os valores da temperatura de fusão (49,0 ± 1,4 °C), da entalpia calorimétrica (220 ± 50 kJ/mol) e da entalpia de Van't Hoff (270 ± 70 kJ/mol). Ensaios por espalhamento de raiosX de baixo ângulo (SAXS) indicaram a presença de diferentes oligômeros no sistema dependendo da concentração da amostra. Os cristais obtidos das proteínas foram difratados por raios-X na linha MANACÁ do LNSL de Campinas-Brasil. A resolução final de ETEwt foi de 1,61 Å e 2,45 Å para ETEmut, as duas formam dímeros.

Staphylococcus aureus is a commensal and opportunistic bacterium that can infect a variety of hosts, including humans and different species of cattle that represents a global public health problem, and causes enormous damage to the livestock industry. Exfoliative toxin E (ETE) is a virulence factor that facilitates the spread of the pathogen by inducing the generalized detachment of the granular layer of the epidermis in sheep. Occasional secondary interactions, which are still unknown in this system, and uncommon between serine proteinases induce specific hydrolysis of the peptide bond between Glu332-Gly333 of ovine Desmoglein 1 (oDsg1). A better understanding of the mechanism of action of ETs is necessary to develop strategies to inhibit the pathogen. This work seeks to elucidate the mechanisms and modes of action at the atomic level, in interactions with the substrate Dsg1. For this, the native (ETEwt) and mutant (ETEmut-Ser219Ala) protein were expressed in E. coli BL21 (DE3) -T1R. Subsequently, they were purified by gel filtration, on a Superdex® 75 10/300 GL column in 20 mM MES buffer with pH variations. The proteins were analyzed by circular dichroism (CD), dynamic light scattering (DLS), Size-exclusion chromatography with multi-angle light scattering (SEC-MALS), and differential scanning calorimetry (DSC). Its secondary structure, showing that both proteins have a predominance of random coil, the particle size for the two proteins was 2.093 ± 0.3 (r. nm). Thermal unfolding experiments using CD and DSC allowed us to establish the values of the melting temperature (49.0 ± 1.4 °C), the calorimetric enthalpy (220 ± 50 kJ/mol), and the Van't Hoff enthalpy (270 ± 70 kJ/mol). Investigations by Small angle X-ray scattering (SAXS) data indicated the presence of oligomers in the system, depending on the concentration of the sample. Crystals obtained from the proteins were diffracted in the MANACÁ line of LNLS, from Campinas-Brazil. The final resolution for ETEwt was 1.6 Å and 2.4 Å for ETEmut, both forming dimers.