Une structure de feuille β nouvellement identifiée aide une enzyme provenant de bactéries intestinales associées au nourrisson à reconnaître et à traiter les fragments de protéines contenant du sucre, révélant un mécanisme spécialisé qui pourrait faire la lumière sur la façon dont les microbes accèdent aux nutriments dans l’intestin en développement du nourrisson.
Étude : Base structurelle de la préférence N-glycopeptide dans un Bifidobacterium bifidum PNGaseA dérivé du nourrisson. Crédit image : Corona Borealis Studio/Shutterstock.com
Une étude publiée dans Communications naturelles a révélé comment une enzyme provenant d’une bactérie intestinale associée au nourrisson reconnaît et élimine les sucres des fragments de protéines courts. Les résultats identifient une caractéristique structurelle jusqu’alors inobservée qui aide à expliquer la préférence de l’enzyme pour les glycopeptides et peut contribuer à comprendre comment les bactéries intestinales traitent les glycanes dérivés de l’hôte.
Sommaire
Comprendre comment les bactéries intestinales accèdent aux N-glycanes
Les N-glycanes sont des structures de sucre complexes liées aux protéines, notamment aux protéines présentes dans le lait maternel. Ces glycanes représentent des substrats potentiels pour les bactéries dans l’intestin du nourrisson, où des enzymes spécialisées aident à les libérer des protéines.
Parmi ces enzymes figurent les peptides (PNGases), qui clive les N-glycanes de leurs attaches protéiques ou peptidiques. Cependant, une grande partie de la compréhension structurelle existante de ces enzymes provient de PNGaseF, ce qui soulève des questions sur la façon dont d’autres familles de PNGase reconnaissent les peptides glycosylés.
Les chercheurs ont étudié une enzyme de la famille PNGaseA, appelée PNGaseABif, identifiée dans deux souches de Bifidobactérie bifidumy compris la souche LMG13195 associée aux nourrissons. L’enzyme devrait être ancrée à la surface des cellules bactériennes, ce qui suggère un rôle possible dans le traitement des glycopeptides extracellulaires.
Une enzyme bactérienne montre une forte préférence pour les glycopeptides
Les chercheurs ont testé PNGaseABif contre des glycoprotéines contenant différents types de N-glycanes, en comparant les protéines natives, les protéines dénaturées et les glycopeptides plus petits générés par la digestion protéolytique.
PNGaseABif préférait fortement les glycopeptides, présentait une activité limitée contre les glycoprotéines dénaturées et n’avait aucune activité détectable contre les formes natives des trois glycoprotéines principales dans les conditions testées. En comparaison, l’enzyme témoin PNGaseL était active contre les trois préparations de substrat.
L’enzyme a libéré plusieurs types de N-glycanes, notamment des structures riches en mannose et complexes. Il a également libéré les glycanes α1,3-fucosylés de base de la peroxydase de raifort, mais pas de la phospholipase A2 d’abeille, ce qui suggère que l’environnement protéique environnant influence l’accessibilité du substrat et l’activité enzymatique.
Ces résultats indiquent que la préférence de substrat de PNGaseABif dépend non seulement de la composition en glycane, mais également de la manière dont le glycane est présenté sur la protéine ou le peptide attaché.
Un berceau de feuille β inédit explique la reconnaissance des peptides
Pour étudier cette préférence, les chercheurs ont déterminé trois structures cristallines de PNGaseABif, dont un double mutant catalytiquement altéré lié à un glycopeptide. Cela a fourni la première structure rapportée d’une enzyme de la superfamille PNGase en complexe avec un glycopeptide.
Les structures ont révélé une région supplémentaire à dix brins de feuillet β, appelée « berceau », positionnée à côté du noyau catalytique de l’enzyme. Ensemble, ces structures forment une poche en forme de C pouvant accueillir un court glycopeptide.
Contrairement à la fente catalytique plus ouverte de PNGaseF, cette poche semble adaptée au positionnement et à l’enfermement partiel de substrats peptidiques courts, expliquant potentiellement la préférence de PNGaseABif pour les glycopeptides par rapport aux glycoprotéines plus grosses.
L’enzyme reconnaît le N-glycane principalement à travers ses deux résidus centraux N-acétylglucosamine et le mannose central, tandis que le peptide attaché interagit à la fois avec le noyau catalytique et le berceau.
Le résidu thréonine situé deux positions après l’asparagine glycosylée dans la séquence de reconnaissance NXT est particulièrement important. L’analyse structurale a identifié des interactions étendues impliquant ce résidu, suggérant qu’il aide à positionner le glycopeptide pour le clivage. Cependant, les chercheurs ont examiné une seule séquence glycopeptidique dans la structure liée, laissant la reconnaissance des séquences NXS contenant de la sérine non résolue.
Les comparaisons entre les structures non liées et liées aux glycopeptides suggèrent que le berceau se déplace vers le noyau catalytique lorsque le substrat se lie. Les simulations de dynamique moléculaire ont soutenu ce mécanisme de fermeture proposé, bien que la validation expérimentale des contacts individuels du berceau soit encore nécessaire.
Mécanisme catalytique et implications pour l’intestin du nourrisson
Les structures ont également fourni des indices sur la manière dont PNGaseABif élimine les N-glycanes. Deux résidus catalytiques, Asp107 et Glu236, sont positionnés à proximité de la liaison reliant le glycane au peptide.
Les chercheurs ont proposé qu’Asp107 active très probablement une molécule d’eau pour faciliter le clivage, bien qu’une attaque nucléophile directe par Asp107 reste une possibilité alternative. Le mécanisme catalytique précis n’a pas encore été établi.
Des analyses informatiques ont en outre suggéré que des berceaux de feuillets β similaires pourraient apparaître dans la superfamille PNGaseA, indiquant potentiellement une spécialisation plus large dans le traitement des glycopeptides. Cependant, les préférences de substrat de ces homologues prédits nécessitent une confirmation expérimentale.
Les chercheurs ont également proposé un modèle dans lequel PNGaseABif de surface cellulaire agit sur les glycopeptides générés par les protéases de l’hôte ou microbiennes. Parce que l’étudié B. bifidum La souche ne dispose pas des α-mannosidases nécessaires pour dégrader complètement les noyaux de N-glycane libérés, ces structures pourraient potentiellement devenir disponibles pour d’autres microbes intestinaux par le biais d’une alimentation croisée.
Ce rôle écologique proposé reste hypothétique, car l’étude n’a pas directement démontré l’alimentation croisée des glycanes ni étudié la contribution de l’enzyme à la croissance bactérienne, à la colonisation intestinale du nourrisson ou aux conséquences sur la santé.
Limites et conclusions de l’étude
L’étude était principalement basée sur des expériences biochimiques, des structures cristallines et une modélisation informatique. Ses preuves structurelles de la reconnaissance peptidique proviennent d’un seul glycopeptide NXT, tandis que le mouvement du berceau et le mécanisme catalytique proposés nécessitent une validation expérimentale plus approfondie. Certaines analyses biochimiques avaient également une réplication limitée.
Néanmoins, les résultats établissent une explication structurelle de la préférence de PNGaseABif pour les N-glycopeptides courts. En identifiant comment le berceau de la feuille β fonctionne avec le noyau catalytique pour reconnaître et enfermer ces substrats, la recherche fait progresser la compréhension du traitement bactérien du N-glycane et fournit une base pour étudier le rôle biologique de l’enzyme dans l’intestin du nourrisson.
