Análisis estructural y aplicaciones biotecnológicas del nanocontenedor de encapsulina de Brevibacterium linens.

• Autores: Carolina Allende Ballestero
• Directores de la Tesis: José Ruiz Caston (dir. tes.), Javier Mª Rodriguez Martinez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2021
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: José María Carazo García (presid.), Jaime Martín-Benito Romero (secret.), Daniel Luque Buzo (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología molecular
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• Resumen

  • Las células organizan y regulan su metabolismo mediante un complejo sistema de módulos y compartimentos. Mientras que en eucariotas la separación de funciones dentro de la célula se lleva a cabo mediante orgánulos de membrana, en procariotas se realiza mediante compartimentos proteicos. Los compartimentos proteicos bacterianos como las ferritinas o los carboxisomas están implicados en procesos esenciales como la homeostasis del hierro o la fijación de carbono, respectivamente. Las encapsulinas son nanocompartimentos proteicos muy extendidos entre procariotas y arqueas, que presentan una estructura similar con algunas proteínas virales de la cápsida (CP), aunque contienen enzimas en lugar de ácidos nucleicos. Estas enzimas cargo se dirigen al interior de la encapsulina a través de la interacción entre su péptido de encapsulación y un bolsillo interno de la propia encapsulina. Las encapsulinas se autoensamblan en estructuras icosaédricas, y sus funciones varían desde el almacenamiento del hierro hasta las reacciones de respuesta al estrés oxidativo catalizadas por peroxidasas.

    Mediante criomicroscopía electrónica tridimensional (crio-ME) hemos resuelto la estructura de la encapsulina de Brevibacterium linens (EncBl) a 2.28 Å de resolución. La estructura icosaédrica T=1 de la cubierta proteica, con un diámetro exterior de 240 Å, permitió establecer las bases estructurales y funcionales de este complejo. Cada subunidad está formada por tres dominios: el dominio P (dominio periférico), el dominio A (dominio axial) y un bucle extendido (bucle E). Mientras que los dominios A y P son comunes entre las encapsulinas, el bucle E presenta una conformación extendida o compacta. La comparación estructural entre EncB1 y las CPs del linaje viral del fago HK97 muestra una alta similitud estructural, lo que indica que ambos compartimentos descienden de un ancestro común. La superficie de interacción intradimérica entre subunidades alrededor del eje de simetría de orden 2 es de 1,454 Å2 . Esta extensa interacción, junto con el análisis de partículas de EncBl incompletas que carecen de un número par de monómeros de EncBl, indican que el dímero de EncBl es el precursor básico del ensamblaje. La presencia de numerosos poros (~ 3-10 Å de diámetro) en los ejes de simetría de orden 5 y 3, y alrededor del eje de simetría de orden 2, muestra la permeabilidad de esta partícula. Además, las regiones de EncBl próximas a los canales pentaméricos son flexibles, por lo que pueden ser dinámicos en respuesta a los estímulos ambientales y así regular el flujo de metabolitos. Aunque el bolsillo de unión en EncBl es muy similar al de la encapsulina de Thermotoga maritima, la conformación de la Arg24 en EncBl bloquea el acceso al bolsillo, lo que sugiere un mecanismo de control para garantizar una estequiometría encapsulina:cargo compatible con el ensamblaje de partículas. El cargo natural de EncBl, la peroxidasa DyP forma un complejo hexamérico que se ha resuelto a una resolución de 8.2 Å.

    Los nanocontenedores de EncBl nativos y modificados se han utilizado para aplicaciones en nanotecnología, nanomedicina y ciencia de los materiales, y ofrecen una excelente plataforma como nanoreactores, dispositivos para la obtención de imágenes o vehículos terapéuticos.