Histidinkinasas bacterianas : estudio de los cambios conformacionales y determinantes estructurales involucrados en la reacción autokinasa

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Los sistemas de dos componentes son una parte vital de la adaptación a estímulos ambientales en microorganismos. Estos están compuestos por un componente histidinkinasa el cual, ante la señal correspondiente, se autofosforila y luego transfiere el fosfato al componente regulador de respuesta. El reg...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Olivieri, Federico Alberto
Formato: Tesis Doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: 2023
Materias:
HISTIDINKINASAS
FOSFOHISTIDINA
TRANSICION CONFORMACIONAL
HISKA
HISKA-3
DOSS DE M.TUBERCULOSIS
DESK DE B. SUBTILIS
HISTIDINE KINASES
PHOSPHOHISTIDINE
CONFORMATIONAL TRANSITION
M. TUBERCULOSIS DOSS
B.SUBTILIS DESK
Acceso en línea:https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7304_Olivieri
Aporte de:
Biblioteca Digital - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (UBA) de Universidad de Buenos Aires
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description Los sistemas de dos componentes son una parte vital de la adaptación a estímulos ambientales en microorganismos. Estos están compuestos por un componente histidinkinasa el cual, ante la señal correspondiente, se autofosforila y luego transfiere el fosfato al componente regulador de respuesta. El regulador de respuesta se encarga a su vez de desencadenar la respuesta adaptativa, uniéndose al ADN y actuando como factor de transcripción. Las histidinkinasas generalmente actúan en forma de dímero. Debido a esto, existen dos mecanismos posibles para la autofosforilación: En cis o intramolecular, en el cual una unidad se fosforila a si misma y en trans o intermolecular, en el cual una unidad fosforila a la opuesta. Cada histidinkinasa se autofosforila exclusivamente por uno de los dos mecanismos, ya que cada mecanismo se corresponde con una organización estructural distinta en la superficie de dimerización. Existe evidencia de que cual de estos mecanismos utiliza una histidinkinasa dada estaría determinado por un loop que conecta las dos hélices que forman la superficie de dimerización, pero no se conocen los detalles de cómo es que este loop repercute sobre el plegado de estas hélices. En este trabajo exploramos varios aspectos de la reacción autokinasa. En primer lugar, estudiamos mediante técnicas computacionales las diferencias entre los loops de histidinkinasas de mecanismo cis y trans. Además, mediante el empleo del programa AlphaFold pudimos modelar las estructuras de cientos de histidinkinasas y mutantes de las mismas para expandir la información disponible. En segundo lugar, utilizamos técnicas bioquímicas para determinar el mecanismo cis/trans de dos histidinkinasas de mecanismo desconocido, DesK y DosS. Estas histidinkinasas pertenecen a la familia HisKA_3, para la cual existe muy poca información bioquímica y estructural, por lo que constituye un aporte significativo al estudio de las histidinkinasas. Finalmente mediante técnicas computacionales estudiamos la transición conformacional del estado inactivo al activo de una histidinkinasa, caracterizando los cambios químicos que se dan sobre la histidina fosforilable a lo largo de esta transición. Además, utilizando simulaciones a nivel cuántico caracterizamos la transferencia del fosfato hacia la histidina.
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El regulador de respuesta se encarga a su vez de desencadenar la respuesta adaptativa, uniéndose al ADN y actuando como factor de transcripción. Las histidinkinasas generalmente actúan en forma de dímero. Debido a esto, existen dos mecanismos posibles para la autofosforilación: En cis o intramolecular, en el cual una unidad se fosforila a si misma y en trans o intermolecular, en el cual una unidad fosforila a la opuesta. Cada histidinkinasa se autofosforila exclusivamente por uno de los dos mecanismos, ya que cada mecanismo se corresponde con una organización estructural distinta en la superficie de dimerización. Existe evidencia de que cual de estos mecanismos utiliza una histidinkinasa dada estaría determinado por un loop que conecta las dos hélices que forman la superficie de dimerización, pero no se conocen los detalles de cómo es que este loop repercute sobre el plegado de estas hélices. En este trabajo exploramos varios aspectos de la reacción autokinasa. En primer lugar, estudiamos mediante técnicas computacionales las diferencias entre los loops de histidinkinasas de mecanismo cis y trans. Además, mediante el empleo del programa AlphaFold pudimos modelar las estructuras de cientos de histidinkinasas y mutantes de las mismas para expandir la información disponible. En segundo lugar, utilizamos técnicas bioquímicas para determinar el mecanismo cis/trans de dos histidinkinasas de mecanismo desconocido, DesK y DosS. Estas histidinkinasas pertenecen a la familia HisKA_3, para la cual existe muy poca información bioquímica y estructural, por lo que constituye un aporte significativo al estudio de las histidinkinasas. Finalmente mediante técnicas computacionales estudiamos la transición conformacional del estado inactivo al activo de una histidinkinasa, caracterizando los cambios químicos que se dan sobre la histidina fosforilable a lo largo de esta transición. Además, utilizando simulaciones a nivel cuántico caracterizamos la transferencia del fosfato hacia la histidina. Two-component systems are a vital part of adaptation to stimuli in microorganisms. These are composed by a histidine kinase component which phosphorylates in response to the appropriate signal and then transfers the phosphate to the response regulator component. The response regulator then triggers the adaptive response, binding to DNA and acting as a transcription factor. Histidine kinases generally act as a dimers. Because of this there are two possible autophosphorylation mechanisms: En cis or intramolecular, in which one unit phosphorylates itself, and in trans or intermolecular in which un unit phosphorylates the other. Each histidine kinase autophosphorylates exclusively through one or the other, since each mechanism corresponds to a different structural organization in the dimerization surface. It is known that which mechanisms a histidine kinase uses is determined by a loop connecting the two helices that form the dimerization surface, but the details on how this loop affects the folding of these helices is not known. In this work we explore several aspects of the autokinase reaction. First we studied by computational means the differences between cis and trans histidine kinases. Through the use of AlphaFold we modeled hundreds of histidine kinases and mutants of these in order to expand the available structural information. We also used biochemical techniques to determine the autophosphorylation mechanism of two histidine kinases, DesK and DosS. These histidine kinases belong to the HisKA_3 family for which there is very little biochemical and structural information, therefore significantly expanding the available knowledge. Finally we studied through computational means the conformational transition from the inactive to the active state characterizing the chemical changes that occur to the phosphorylatable histidine as this transition progresses. Using quantum-level simulations we characterized the phosphate transfer to the histidine. Fil: Olivieri, Federico Alberto. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. 2023 Tesis Doctoral PDF Español info:eu-repo/semantics/openAccess https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7304_Olivieri

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