Estructura y función de las adhesinas de micoplasma del grupo Pneumoniae

Abstract

Mycoplasma pneumoniae y Mycoplasma genitalium son dos patógenos humanos que infectan tejido pulmonar y urogenital respectivamente. El mecanismo principal para llevar a cabo la infección es a través de la adhesión a las células huésped por una pequeña protuberancia llamada Organela terminal (OT). En la membrana de esta OT se encuentra un complejo multiproteico, denominado Nap, compuesto por un dímero de heterodímeros de las proteínas P1 y P40/P90 en M. pneumoniae, o P140 y P110 en M. genitalium. P1 ha sido el foco de numerosos estudios, identificándola como la adhesina principal del complejo Nap en M. pneumoniae. Además de la función de adhesión, las proteínas de los Naps también participan en otros procesos esenciales para la patogenicidad, como son la motilidad y la evasión del sistema inmune.

En nuestro laboratorio se determinó hace unos años la estructura del ectodominio de la proteína P110 de M. genitalium (Aparicio et al., Nature comm. 2018). Continuando la investigación sobre las proteínas que componen el Nap, el objetivo principal de esta Tesis doctoral ha sido determinar la estructura tridimensional de P140 (M. genitalium) y de P1 y P40/P90 (M. pneumoniae), estudiando también el papel que desempeñan estas proteínas en adhesión, motilidad e inmunogenicidad.

El primer capítulo presenta la obtención, mediante cristalografía de rayos X, de la estructura del dominio C de P140. La estructura se resolvió en dos grupos espaciales cristalográficos diferentes: I) tetragonal I422, a 1.43 Å de resolución, con una molécula en la unidad asimétrica y II) monoclínico C2, a 1.92 Å, con ocho moléculas en la unidad asimétrica. El análisis estructural ha proporcionado dos resultados que cabe destacar aquí: I) El dominio C de P140 puede formar oligómeros (octámeros) compactos; II) Por otro lado, las grandes diferencias entre las diversas conformaciones halladas del dominio C, cuando a posteriori se pudo disponer de la estructura del ectodominio completo de P140, indican la gran plasticidad de este dominio y sugieren un papel importante de esa plasticidad en el funcionamiento del Nap.

El segundo capítulo corresponde a la determinación de la estructura de P140 y del complejo P110-P140. P140 se resolvió a través de un procedimiento en el cual fue

crítica la información proporcionada por crio-tomografía electrónica (crio-ET) del Nap y por diversos cristales tanto de P140 como de P1. En este trabajo también se pudieron modelar diversas conformaciones del Nap a través del “docking” de las estructuras de P140 y P110 en los correspondientes mapas de crio-ET y de crio-microscopía electrónica (crio-EM). Esta información permitió proponer un primer mecanismo de unión y liberación del Nap a los receptores celulares.

El tercer capítulo corresponde a la determinación de las estructuras de P1 y P40/P90N y al análisis de sus propiedades inmunogénicas. La estructura de ambas proteínas se resolvió mediante cristalografía de rayos X. La estructura de P1 se resolvió también (2.8 Å de resolución) mediante crio-EM. Las estructuras de P1 y P40/P90 presentan una elevada similitud con P140 y P110, respectivamente. No obstante, las proteínas de M. pneumoniae, en particular P1, presentan regiones de alta variabilidad estructural en su superficie que no existen en las proteínas de M. genitalium. Esta variabilidad es particularmente acusada en el entorno del sitio de unión al receptor celular, lo que sugiere un mecanismo de protección frente a la respuesta inmunológica del huésped. Se realizaron ensayos inmunológicos con distintas construcciones de P1 y de P40/P90 frente a sueros de pacientes infectados por M. pneumoniae que revelaron que los dominios C de P1 son reconocidos exclusivamente por sueros con alto contenido de inmunoglobulinas del tipo G (IgG). Además, se verificó que anticuerpos policlonales dirigidos contra el dominio C de P1 producían una importante inhibición de la adhesión. Para P40/P90, de la cual prácticamente no existen estudios inmunológicos, se observó que también es reconocida por la mayoría de los sueros de pacientes. Por último, se demostró estructural y bioquímicamente, que el sitio de unión a ácidos siálicos está en P40/P90 y no en P1, como se había propuesto hasta ahora.

Los resultados obtenidos en esta Tesis permiten una mejor comprensión de los mecanismos de adhesión, motilidad y evasión del sistema inmune en M. pneumoniae y M. genitalium y posibilitan el desarrollo de antígenos para la obtención de vacunas frente a estos microorganismos.